材料热处理学报

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2025年05期

综述

高性能Cu-Ni-Si系合金成分设计与性能研究进展

冯江;张彦敏;周延军;赵世恒;单运启;宋克兴;

Cu-Ni-Si系合金以其优异的导电率、强度和抗应力松弛性能，已成为电子信息、新能源汽车和航空航天等领域中不可或缺的关键材料。然而，高性能Cu-Ni-Si系合金的成分设计优化、制备加工工艺的改进以及综合性能协同提升机制的探索等方面仍面临诸多挑战。因此本文通过对近年来Cu-Ni-Si系合金的科研成果进行分析总结，深入探讨了合金元素的种类、含量及其配比，以及形变热处理工艺对其导电率、强度和抗应力松弛性能的影响及作用机理，并对其未来的研究方向进行了展望。

2025 年 05 期 v.46 ; 河南省科技攻关项目(242102231023); 国家自然科学基金(52373313,52173297); 河南省科技重大专项(221100210300); 河南省科学院研发项目(220910009)
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复合材料

热压烧结制备Cu-Al₂O₃-5Cr复合材料的组织与载流摩擦性能

胡琳;邱文婷;周涛;张玉芳;肖柱;李周;

采用真空热压烧结法制备了Cu-Al₂O₃-5Cr(ODS-5Cr)复合材料和Cu-5Cr合金，随后对其进行了固溶、冷轧及时效处理，采用维氏硬度计、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和摩擦磨损试验机等研究了两种材料经不同工艺处理后的显微组织、力学性能及载流摩擦性能。结果表明：经980℃固溶处理4 h、60%冷轧变形及450℃时效处理4 h后，ODS-5Cr复合材料与Cu-5Cr合金的力学性能与导电率得到了提升，硬度分别为154和149 HV0.5,导电率分别为79.6%IACS和82.9%IACS;ODS-5Cr复合材料中弥散分布的纳米Al₂O₃颗粒与位错发生交互作用，对位错及晶界产生钉扎作用，提升了ODS-5Cr复合材料的力学性能、耐磨性能和耐热性能；与Cu-5Cr合金相比，ODS-5Cr复合材料呈现出优异的抗过时效特性；当恒定载荷为2 N、电流为10 A时，ODS-5Cr复合材料的摩擦系数约为0.3,磨损率为5.58×10^-5 mm³·N^-1·m^-1,载流摩擦性能优于Cu-5Cr合金，磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。

2025 年 05 期 v.46 ; 广东省重点领域研发计划资助(2024B0101080003)
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WC-304硬质合金在NaCl溶液中的腐蚀行为

李浩浩;张展展;吴科君;冯继宇;葛敏;

采用真空烧结技术制备了WC-304硬质合金。采用电化学腐蚀法分析了WC-304硬质合金在NaCl溶液中的腐蚀行为，并对合金的物相组成、开路电位、极化曲线、阻抗谱以及表面形貌进行了测定和分析。结果表明：添加304不锈钢粉末可以提高WC硬质合金的耐腐蚀性能，当304不锈钢粉末添加量为15 mass%时，硬质合金的耐腐蚀性能最好；WC-304硬质合金中的粘结相会在腐蚀初期优先腐蚀形成氧化膜，Cr会增强氧化膜的稳定性以及氧化膜和基体间的结合度，从而提高合金的耐腐蚀性；当304不锈钢粉末含量超过15 mass%时，由于整个合金中Fe、Ni成分占比不断增加，Ni与Fe会形成原电池，大大加快整体的腐蚀速率从而降低合金的耐腐蚀性。

2025 年 05 期 v.46 ; 湖南省自然科学基金(2024JJ7150); 湖南省教育厅科学研究项目(23B0567)
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有色金属合金材料

回归再时效及Zr微合金化对Al-Cu合金组织和性能的影响

陈家浩;王文鑫;赵瑞欣;郑罗肖;叶文涛;周庆阳;翁瑶瑶;

针对汽车发动机用Al-Cu合金耐热性较差、寿命较低等问题，研究了回归再时效处理及Zr微合金化对其微观组织和力学性能的影响。结果表明：微量Zr的添加能够有效抑制Al-Cu合金在铸造过程中AlCuFe有害相的形成，促进该初生相在固溶处理中的溶解，同时生成了新的AlCuZr初生相；回归再时效能够促进Al-Cu-Zr合金中Al₃Zr相的析出，可作为θ′相的异质形核点，促进时效阶段θ′相的析出；相比单级时效，回归再时效后Al-Cu-Zr合金组织中的θ′析出相和Al₃Zr相的数量更多，尺寸更加细小且分布更加密集，析出强化作用得到提高，使得合金峰值硬度提高到137.8 HV0.5,比单级时效合金的峰值硬度提高了4%。

2025 年 05 期 v.46 ; 国家自然科学青年基金(52101141); 江苏省研究生科研与实践创新计划项目(SJCX23＿1188); 江苏省大学生创新创业训练计划项目(202411276068Y,202411276011Z)
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T5时效对激光粉末床熔融制备的WE43合金组织和性能的影响

岳太文;王秋林;门正兴;李子澈;吉辰;王亮;廖若冰;李坤;

由于稀土(RE)元素在激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion, LPBF)制备的WE43合金中具有超高的固溶度，因此本文省去固溶处理过程，直接对其进行T5时效处理，研究了T5时效处理对其微观组织、物相、缺陷以及拉伸性能的影响。结果表明：T5时效处理后，WE43合金中的椭圆形和鱼鳞纹组织消失，平均晶粒尺寸由2μm长大至8.5μm,稀土相由点状弥散分布在α-Mg晶体内转变为连续或较小间距的分布在晶界处，形状为碟状或片状、针状，整体分布均匀；T5时效处理后WE43合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率相对于LPBF态分别下降了12.6%、10.7%和6.6%,其力学性能降低的原因可归因于以下3个方面：时效后合金的晶粒尺寸增大；时效后连续或较小间距分布于晶界处的脆性析出相破坏了晶界的连续性，以及微孔等缺陷依然存在；时效后稀土元素从α-Mg基体中析出，导致其在α-Mg基体中的固溶度降低；但稀土原子在α-Mg中的固溶度对LPBF制备的WE43合金塑性的影响程度相对较低。

2025 年 05 期 v.46 ; 国家自然科学基金(52201105); 四川省自然科学基金(2023NSFSC0407,2022NSFSC0324); 成都航空职业技术学院重点自然科研项目(ZZX0623069); 成都市哲学社会科学重点研究基地-成都航空产业发展与文化建设研究中心项目(CAIACDRCXM2024-13)
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短时退火对挤压态Mg-6Sn-3Al-1Zn合金组织和性能的影响

朱慧慧;魏福安;丁勇;李芝兰;马鸿斌;

首先以20∶1的挤压比在300℃下对Mg-6Sn-3Al-1Zn合金进行挤压，随后在350℃短时间退火2、5和10 min。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和万能试验机等研究了退火后合金的微观组织和力学性能。结果表明：随着退火时间的增加，合金中的Mg₂Sn析出相的数量先增加后趋于稳定，合金的平均晶粒尺寸和{0001}基面织构先增大后减少；当退火时间为5 min时，一方面，Mg₂Sn析出相数量增多，分布更加弥散，并且{0001}基面织构最强，会导致合金的强度上升，但另一方面，平均晶粒尺寸的增加会导致合金的强度降低，这导致合金的屈服强度变化不大；合金的屈服强度从退火2 min时的218 MPa提高到退火5 min时的251 MPa,这说明多峰组织合金中大小晶粒的体积分数对合金的屈服强度影响较大；当退火时间为5 min时，合金中的小晶粒(<10μm)所占体积分数约为80%,中等尺寸晶粒(10～15μm)所占体积分数约为16%,大晶粒(>15μm)所占体积分数约为4%,此时，合金的综合力学性能达到最优，抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为372 MPa、251 MPa和17.1%。

2025 年 05 期 v.46 ; 青海省应用基础研究项目(2022-ZJ-709)
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退火冷却速度对粉末冶金含铜钛合金组织与性能的影响

陶学伟;吴则路;唐护洋;李斌;施国新;董强胜;

对粉末冶金(PM)含铜钛合金进行了退火处理，利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机等研究了不同冷却速下合金显微组织、硬度及耐磨性能的演变规律。结果表明：α+β两相区退火能够消除粉末冶金样品中有害的富铜相；提高冷却速度可以抑制初生α相粗化，并细化先共析α相与共析组织片层，显著提升合金的力学和摩擦性能；经水冷处理后的样品表现出较佳的综合性能，其显微硬度和纳米硬度分别达到368 HV0.1和4.2 GPa,摩擦系数及磨损率分别为0.58和2.36×10^-13 mm³/(N·m)。

2025 年 05 期 v.46 ; 国家自然科学基金(52005245); 江苏省重点研发计划(BE2021020); 江苏省大学生科技创新项目(202311276036Z)
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激光熔化沉积功率与氧含量对Ti-58Ta合金力学性能的影响

张小媛;季亚奇;赵城;史雁行;唐鋆磊;刘学;

分别以气雾化法和旋转电极法制备的具有不同氧含量的两种Ti-58Ta合金粉末为原料，采用激光熔化沉积(LMD)技术成功制备了Ti-58Ta合金单壁试样。使用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及万能试验机等研究了激光功率与氧含量对合金微观结构、物相组成和力学性能的影响。结果表明：LMD制备的Ti-58Ta合金晶粒为沿沉积方向外延生长的柱状枝晶，枝晶内部和晶间区域主要由β相和α″相构成；随着激光功率的增加，合金致密度和力学性能先增加后减小，当激光功率为1400 W时达到最佳；LMD成型的Ti-58Ta合金中氧含量的增加，可以抑制β→α″相转变，从而影响合金晶格结构和物相含量，增强合金强度、降低合金塑性。

2025 年 05 期 v.46 ; 中国工程物理研究院院长基金自立项目(YZJJZL2024130)
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热处理对高熵合金组织及性能的影响研究进展

秦红敏;张琪;丁红瑜;陈超;

相比于传统合金，高熵合金的成分空间设计更广阔，可以获得更丰富的性能组合，有望应用于航空航天、汽车工业、电子器件以及建筑等诸多领域。各领域对高熵合金的性能要求不尽相同，因此需要通过热处理工艺来优化高熵合金的性能。本文概述了不同热处理工艺（保温时间、加热温度、冷却方式等）对高熵合金组织和性能的影响，阐明在不同热处理方式下，高熵合金微观组织结构和力学性能的变化规律，进一步分析了热处理与其他工艺相结合对高熵合金性能的综合影响，以期为改善高熵合金性能的热处理工艺优化提供参考。

年期 ;
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Al含量对Ni₃₅Al_xCr₂₅Fe_((35-x))Mo₅高熵合金组织及性能的影响

方东;朱顺稳;罗爱娇;李波;赵光伟;叶喜葱;

采用非自耗真空熔炼法制备了一组非等原子比的高熵合金Ni₃₅Al_xCr₂₅Fe_((35-x))Mo₅(x=0、5、10、15、20、15和30)，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和万能拉伸实验机等研究了Al元素含量对合金组织、相组成和力学性能的影响。结果表明：随着Al含量的增加，Ni₃₅Al_xCr₂₅Fe_((35-x))Mo₅合金的微观结构从初生FCC相+FCC相(x=0～10)转变为FCC相+B2相(x=15)共晶组织再转变为FCC相+B2相(x=20～30)的过共晶组织，合金的屈服强度和断裂强度先增大后减小，断裂应变先减小后增大；Ni₃₅Al₂₅Cr₂₅Fe₁₀Mo₅合金具有良好的综合力学性能，屈服强度为1438.7 MPa，断裂强度为3567.5 MPa，断裂应变为38.0%；理论计算结果表明，合金的强化机制主要以第二相强化和晶界强化为主。

年期 ;
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镁合金微弧氧化陶瓷层生长过程及微观结构的研究

蒋百灵,吴国建,张淑芬,雷廷权

利用扫描电镜 (SEM)、X射线衍射 (XRD)等分析手段 ,研究了MB8镁合金微弧氧化陶瓷膜层的生长规律 ,分析了微弧氧化条件下氧化镁膜层致密性和相结构与处理时间的关系。结果表明 ,在微弧氧化初期膜层致密 ,几乎观察不到疏松层 ;随着处理时间的延长及膜层的增厚 ,其外侧开始出现疏松层 ,最终可达到膜层总厚度的 90 %左右。膜层相结构主要由MgO、MgSiO3、MgAl2 O4和无定形相组成。随着膜层厚度的增加 ,膜层中MgO、MgAl2 O4的含量不断地增加 ,MgSiO3 的含量基本不变 ,而无定形相的含量却逐渐减少

2002 年 01 期 ;
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再制造工程的现状与前沿

徐滨士;

再制造是维修工程和表面工程发展的高级阶段,是先进制造的重要组成,是废旧产品高技术修复、改造的产业化;再制造具有"两型社会、五六七"的特征。中国经济社会发展对再制造具有十分迫切的需求,再制造的初步应用也已取得了非常明显的节能减排效果。国际上,美国的再制造体系较完善,近10年来,中国的再制造发展迅猛,在再制造的政策法规、产业实践及基础研究方面成绩斐然,已成为世界再制造中心之一。再制造的发展前沿可概括为"探索再制造的科学基础、创新再制造的关键技术、制定再制造的行业标准"。

2010 年 01 期 v.31;No.115 ; 国家自然科学基金重点项目(50735006);; 国家“973”项目(2007CB607601);; 国家科技支撑项目(2008BAK42B03)
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ZM5镁合金微弧氧化膜的生长规律

薛文斌,邓志威,来永春,陈如意,张通和

研究了ＺＭ５铸造镁合金微弧氧化膜的生长规律，初步分析了氧化膜生长机理。初始阶段，氧化膜向外生长速度大于向内生长速度。达到一定厚度后完全转向基体内部生长。氧化膜具有表面疏松层和致密层两层结构，致密层最终可占总膜厚的９０％。

1998 年 03 期 ; 国家“八六三”计划资助项目
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表面纳米化预处理对低碳钢气体渗氮行为的影响

卑多慧,吕坚,顾剑锋,卢柯,潘健生

研究了表面喷丸纳米化预处理对气体渗氮行为的影响。利用低碳钢试样单面表面超声喷丸纳米化处理 ,另一面保持原始晶粒 ,在 46 0℃、5 0 0℃、5 6 0℃、6 40℃四种温度不同时间气体渗氮 ,通过金相观察和X射线衍射法测定渗氮层的厚度和种类。对比发现在 5 6 0℃以下渗氮时 ,经过表面喷丸纳米化预处理 :可以提高扩散系数D和气 -固传递系数 β,降低氮势门槛值 ;使常规渗氮温度降低 5 0℃左右或者渗氮时间缩短 5 0 % ;使渗氮层厚度随渗氮时间增长在初期就符合抛物线规律x =At0 5。 6 40℃短时间渗氮时 ,表面纳米化预处理仍然可以起到一定的加速作用 ,但是随着渗氮时间的延长 ,表面纳米化预处理优势消失 ,甚至会阻碍渗层厚度的增长

2002 年 01 期 ;
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高强镁合金的研究进展

张丁非;张红菊;兰伟;马春华;

综述了国内外高强镁合金的最新研发现状,分析了高强镁合金的强化机理,简单介绍了高强镁合金的新型制备技术及其在工业中的应用,探讨了高强镁合金强化中存在的问题,最后,展望了高性能镁合金的发展趋势。

2012 年 06 期 v.33;No.144 ; 国家“973”重大基础研究项目(2007CB613700);; 国家“十二五”科技支撑计划项目(2011BAE22B01-3);; 中央高校基本科研业务费(CDJXS11132228);; 科技部国际合作项目(2010DFR50010,2008DFR50040);; 重庆市科委项目(CSTC,2010AA4048)
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双层辉光离子渗金属

徐重;王振民;左凤英;范本惠;肖丽华;赵晋香;

本文作者首先提出利用双层辉光放电现象在普通离子氮化炉中进行离子渗金属并取得了成功。普通碳钢采用本工艺进行离子渗钨,离子渗钼及离子渗铬镍,其渗层厚度达100μm,渗层中的合金元素含量为10～20%,已达到高合金钢的成分。文章给出了具体的试验设备及实验结果。该工艺可直接应用于生产,具有节约能源、资源及无公害等优点。

1982 年 01 期 ;
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含铌钼钢中微合金碳氮化物沉淀析出及其强化机制

曹建春;雍岐龙;刘清友;孙新军;

利用物理化学相分析法、透射电镜、能谱分析和X射线衍射分析了两种热轧态的含铌钼低碳钢中微合金碳氮化物析出相的成分、形貌以及粒度分布等特征,结果表明,含铌钼低碳钢中钼可与铌一起析出,形成具有NaCl型面心立方结构的碳氮化铌钼析出相,且0.081Nb-0.14Mo钢和0.17Nb-0.12Mo钢的MC析出相中钼与铌的原子比分别为0.41和0.22。在这两种钢的MC析出相中小于10nm的碳氮化铌钼的质量分数分别为58.4%和66.1%,这些纳米颗粒呈弥散分布,其沉淀强化增量分别为179.3MPa和257.7MPa。并对钼铌复合析出的机制进行了讨论。

2006 年 05 期 ; 国家高技术发展计划资助项目(2002AA302501)
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厚壁筒形工件连续感应热处理有限元模拟

姜建华,郑华毅

对麦克斯威方程组和导热微分方程进行分解化简 ,得到计算无限长轴对称工件的电磁场、感生涡流和温度场分布的基本方程。基于这些方程在ANSYS软件上实现了对厚壁筒形工件连续感应热处理的计算机模拟计算。计算了加热、淬火和回火等热处理过程中 ,工件温度变化和加热功率变化 ,预测工件淬火冷却时的组织转变 ,计算中考虑了工件材料物理参数随温度变化对加热过程的影响。通过模拟计算 ,实现了对连续感应热处理工艺的优化分析 ,而且找到了一种对连续感应热处理设备结构设计和工艺参数配置优化的方法

2002 年 02 期 ;
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高熵合金研究概况

曾聪;何文;艾云龙;陈卫华;欧阳晟;张建军;梁炳亮;

高熵合金是近几十年来合金化理论的三大突破之一,以一种独特的高混乱度设计理论使得高熵合金具有组织结构简单、性能优异等特点而倍受学者的关注。本文归纳总结了高熵合金的成分设计依据,简述了高熵合金的不同制备工艺的特点,介绍了高熵合金组织性能及应用前景,并在此基础上对高熵合金的未来研究方向进行展望。

2020 年 12 期 v.41;No.246 ; 江西省教育厅科技项目(GJJ160715);; 博士启动基金项目(EA201901296);; 江西省金属材料微结构调控重点实验室开放基金项目(EJ201901455)
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金刚石薄膜制备方法与应用的研究现状

吴玉程;

金刚石薄膜由于具有良好的耐磨性能以及极高的硬度,其制备与应用受到研究者广泛关注。目前,金刚石的制备方法总体分为两个部分,其一为高温高压法,另一个则为化学气相沉积法。而目前金刚石薄膜所面临的重大问题是镀膜过程中生长速度较慢,不利于批量生产,另一方面薄膜与基板的附着力较差,其摩擦系数在恶劣的工业环境中较大,这些问题亟待研究解决。本文综述了国内外有关金刚石薄膜化学气相沉积法的各种制备方法,重点讨论了采用热丝化学气相沉积法以及微波化学气相沉积法制备金刚石薄膜的研究现状,并论述了金刚石薄膜的应用优势以及未来金刚石薄膜的制备以及应用的方向和前景。

2019 年 05 期 v.40;No.227 ; 国家“双一流”学科建设高校项目(SC17100153);; 山西省“1331工程”学科建设项目(SC18100292)
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二维材料/二氧化钛复合材料的光催化研究进展

姚海伟;王荟琪;蒲卓林;李亚鹏;

随着经济高速发展，光催化技术由于其不仅可以制备出清洁氢能源，同时还可以降解污染物，已成为清洁能源制备和环境污染处理领域内潜在的重要技术之一。作为光催化技术的核心材料TiO₂,由于其具有良好的耐光腐蚀性和催化活性已成为最具潜力的光催化剂，但传统的TiO₂光催化剂存在可见光利用率低以及光生电子空穴对复合速度快等缺点，使其在光催化领域的应用受到限制。为了解决上述问题，表面改性和掺杂的方式是提高TiO₂光催化活性最有效的途径。目前，二维(2D)材料由于其独特的结构和性能，已成为TiO₂光催化潜在的理想载体材料，同时还可以实现其表面改性，将二者进行复合发挥其协同作用，可以显著改善TiO₂的光催化性能。因此，本文以二维材料和TiO₂光催化材料为中心，重点介绍了二维材料/TiO₂复合材料的制备方法，并详细地介绍二维材料/TiO₂复合材料的光催化机理，旨在为新型TiO₂光催化剂的制备提供理论指导。

2023 年 02 期 v.44;No.272 ; 陕西省重点研发计划(2021GY-213;2021GY-222)
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高熵合金的力学性能及功能性能研究进展

栾亨伟;赵威;姚可夫;

高熵合金是21世纪初才问世的新型金属材料。尽管其诞生至今时间较短,但高熵合金因具有多种优异性能、特别是具有优异的力学性能、优异的催化和抗辐照等性能而受到广泛关注。近年来,相关研究已取得了显著进展,很有必要对其研究进展进行梳理。为此,本文简要综述了相关研究成果,并从高熵合金的基本概念、力学性能和功能性能3方面进行概括介绍,以期为高熵合金研究人员提供参考。

2020 年 01 期 v.41;No.235 ; 国家自然科学基金(51871129);; 国际合作项目支持
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高强镁合金的研究进展

张丁非;张红菊;兰伟;马春华;

高熵合金的热处理综述

李承泽;尤俊华;白鹤山;张维维;刘苏杰;

高熵合金由于其优异的性能逐渐成为了广大学者的研究热点,而热处理可以有效地消除铸态高熵合金内部的结构缺陷及残余应力从而有效地改善其性能。本文综述了国内外有关高熵合金热处理的研究现状,从析出物、相结构、显微组织等多个方面,讨论了热处理对高熵合金的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能等方面的影响,提出了高熵合金在热处理过程中需要注意的问题,以期为高熵合金的研究提供参考。

2020 年 05 期 v.41;No.239 ; 国家自然科学基金(51401130);; 辽宁省高等学校创新人才支持计划(LCR2018016)
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再制造工程的现状与前沿

徐滨士;

固溶处理对316L不锈钢组织和性能的影响

侯东坡;宋仁伯;项建英;陈舒阳;任培东;

采用箱式电阻炉,对316L不锈钢进行了固溶处理实验,并对其组织和力学性能进行了观察和检测。结果表明:随着固溶温度的提高,强度和硬度指标下降,伸长率迅速增加;随着保温时间的增加,其强度和硬度指标逐渐下降,伸长率在保温30 min时间内变化不大;水冷要比雾冷得到的综合力学性能优越。试样厚度为4 mm时,合理的固溶处理工艺为:1050℃保温6 min,然后水淬处理。固溶处理后试样内部组织均匀、晶粒大小适中、铁素体含量少,力学性能明显改善,抗拉强度、屈服强度分别达到565 MPa和220 MPa,伸长率为64.5%,硬度为73.1 HRB;拉伸试样断口呈现明显的韧性断裂,韧性高于热轧态产品。

2010 年 12 期 v.31;No.126 ;
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