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Metallurgical and Materials Transactions A - MMTA Article Abstracts in Chinese: Volume 55, Issue 3



Metallurgical and Materials Transactions A March 2024

2024年3月《冶金与材料交易A》 (this opens in a new tab)


Metastable β-Phase Ti–Nb Alloys Fabricated by Powder Metallurgy: Effect of Nb on Superelasticity and Deformation Behavior

通过粉末冶金制备的亚稳态β-相Ti-Nb合金:Nb对超弹性和变形行为的影响 (this opens in a new tab)

本研究调查了Nb浓度对亚稳态 β -相Ti-Nb合金的机械性能、超弹性以及变形行为的影响,这些合金是通过粉末冶金制备的。合金是通过机械合金化制备的,然后通过热压实现固化。得到的微观结构包括细小的 β -相晶粒,晶界处有TiC碳化物析出。研究揭示了制造材料的屈服强度值的非线性变化,这些变化归因于在加载过程中激活的各种变形机制。发现这些机制随着Nb浓度的增加而改变:应力诱导的马氏体转变、孪晶、滑移。然而,所有这些机制在Nb浓度较低时就被激活,与文献中先前报道的通过铸造技术获得的材料相比。这可能主要与氧含量较高有关,这影响了母体 β -相的稳定性。研究发现,通过粉末冶金制备的基于Ti-Nb的合金的超弹性可以通过减少 β -稳定元素的含量来实现,与通过常规技术获得的合金相比。在本研究中,Ti-14Nb(原子百分比)合金表现出最佳的超弹性,而常规制备的Ti-Nb合金在Nb浓度约为26原子百分比时显示出超弹性。开发的材料表现出非常规的一阶屈服行为,导致在显著更高的应力下产生超弹性反应,与常规制备的Ti-Nb合金相比。


Evolution of Complex Oxide Inclusions During the Smelting Process of Oxide Metallurgical Steel and Their Effect on Acicular Ferrite Nucleation

氧化物冶金钢冶炼过程中复杂氧化物夹杂物的演变及其对针状铁素体成核的影响 (this opens in a new tab)

通过对氧化物冶金钢冶炼过程中的重要节点进行取样,研究了复杂氧化物夹杂物的数量密度、大小和类型的演变,以及夹杂物对先前奥氏体晶粒大小和针状铁素体(AF)成核的影响。取样节点分别是在钢包炉(LF)精炼前,添加Ti,添加Al,添加Mg,添加Ca,Ruhrstahl-Heraeus(RH)精炼后。结果表明,随着Ti\Al\Mg\Ca的添加,夹杂物的核心逐渐变为Al 2 O 3 ,Al-Ti-O,Al-Ti-Mg-O,Al-Ti-Mg-Ca-O,外层包裹着少量的MnS。RH精炼后,夹杂物的核心是Al-Mg-Ca-O,外层富集了少量的Ti-O-N和Al-Mg-O。这些夹杂物有效地诱导了AF成核。随着冶炼过程的进行,夹杂物的平均大小从0.55逐渐减小到0.2 μ m,小尺寸夹杂物(0.1至0.2 μ m)的数量密度和百分比逐渐增加。RH精炼后,小尺寸夹杂物的AF成核概率( N AF )为7.8%,0.4至0.8 μ m范围内的夹杂物的 N AF 大于70%。小尺寸夹杂物是诱导AF成核的重要部分,也可以有效地钉住先前的奥氏体晶粒边界,小尺寸夹杂物的比例越大,先前的奥氏体晶粒就越细。


Residual Stresses in a Wire and Arc-Directed Energy-Deposited Al–6Cu–Mn (ER2319) Alloy Determined by Energy-Dispersive High-Energy X-ray Diffraction

通过能量色散高能X射线衍射测定的线弧定向能量沉积Al-6Cu-Mn(ER2319)合金中的残余应力 (this opens in a new tab)

为了使新型材料加工技术的采用成为可能并促进其发展,需要全面了解结构组件中存在的残余应力。在基于电弧的增材制造过程中,本质上高的能量输入和复杂的热循环通常会导致不可忽视的残余应力。本研究关注的是通过线弧定向能量沉积制备的Al-6Cu-Mn合金中残余应力的定量评估。通过能量色散高能X射线衍射研究了不同高度的薄,单轨道铝试样。目的是评估建立的 在连续层沉积过程中的应力。沿着试样的建造方向以及在组件内的横向位置评估应力。残余应力的演变表明,试样最关键的区域接近基底,那里的高拉应力接近材料的屈服强度。这些应力的存在是由于这个区域的热梯度和机械约束最为显著。


Influence of Co-doping on Soft Spark Micro-arc Oxidation on ZrO2–AZ91D Magnesium Alloy

共掺杂对ZrO2–AZ91D镁合金软火花微弧氧化的影响 (this opens in a new tab)

镁(Mg)及其合金由于其高降解率和低抗菌性,在临床应用中面临挑战。为了克服这些挑战,本研究采用了含有F、Ca、P、Si、Sr和Ag等元素的电解液,对ZrO 2 –AZ91D镁合金进行软火花微弧氧化(MAO)。研究包括MAO过程的分析,复合涂层的相组成和元素价态的表征,涂层的物化性质的测量,以及生物性质的评估,包括细胞粘附、蛋白质吸附、细胞毒性和抗菌活性。本研究探讨了共掺杂涂层的成骨和抗菌效果的机制,并研究了生物活性元素对MAO涂层性能的影响。结果表明,共掺杂的F/Ca/Sr/Ag颗粒含有的MAO复合涂层表现出优异的润湿性和耐腐蚀性。此外,涂层显示出显著的蛋白质吸附能力,对MC3T3-E1成骨细胞的优异粘附性,以及对金黄色葡萄球菌的优异抗菌效果,同时显示出可忽略的毒性。


Nanoparticle-Enhanced Castability of Aluminum Alloy 2024: Fluidity, Hot Cracking, and Surface Quality

纳米颗粒增强铝合金2024的铸造性:流动性、热裂纹和表面质量 (this opens in a new tab)

铝合金2024提供了高机械性能和良好的加工性能,适用于高性能应用。然而,高性能合金的铸造性差,使得通过经济的铸造过程生产复杂结构变得不切实际。在这里,一小部分TiC纳米颗粒被分散到铝合金2024熔体中进行纳米处理,这改善了铝合金2024的流动性,同时消除了热裂纹,提高了铸件的表面质量。进一步的研究揭示了纳米颗粒诱导的效应,如缓慢释放潜热,限制晶粒生长,增强润湿性。结果表明,新兴的纳米处理技术在使传统的不可铸造合金适用于低成本铸造操作方面具有潜力,以提供具有增强高性能的产品,适用于众多应用。


The Enhancement Effect of Carbides on the Printability and Mechanical Properties of a Ni–Fe–Cr–Al–Ti Alloy Processed by Electron Beam Freeform Fabrication

碳化物对电子束自由成形加工Ni–Fe–Cr–Al–Ti合金的打印性和机械性能的增强效果 (this opens in a new tab)

碳化物在镍基高温合金的增材制造中的作用是重要且有争议的。使用镍基粉末芯线,设计并制备了含有不同碳含量的Ni–Fe–Cr–Al–Ti合金,并使用电子束自由成形加工。研究了 原位 形成碳化物对合金的打印性、微观结构和机械性能的影响。探讨了 原位 形成碳化物在 γ ′相的析出和抑制裂纹机制中的作用。结果表明, 原位 形成的TiC沿晶界析出,形态各异,包括长条、羽毛和鱼骨。随着TiC析出相比例的增加,碳化物的分布逐渐呈现出连续的网络结构。此外,沉积样品的显微硬度和抗拉强度都有所增加。含有最高含量的 原位 形成TiC的合金显示出最高的显微硬度(464.9 HV)和抗拉强度(室温下为967.5 MPa,850 °C下为646.8 MPa)。此外, 原位 形成的TiC通过消耗Ti元素和降低 γ ′相的析出温度,抑制了 γ ′相的析出和生长。因此,由 γ ′相转变应力引起的固态裂纹被有效地抑制,合金的打印性得到了改善。以上结果全面阐述了碳化物在镍基高温合金的增材制造中的作用。


Surveying the Effects of Aging a High C-Containing Co-Based Superalloy From the As-Cast and Solution Heat-Treated Conditions

从铸态和固溶热处理状态对高碳含量Co基高温合金老化效应的调查 (this opens in a new tab)

高碳含量钴基高温合金Co-101的微观结构在铸态和经过各种热处理后已经进行了研究。在铸态下,M 7 C 3 和富含Mo的 M 23 C 6 碳化物在枝晶间区域被观察到。在1000°C至1250°C之间的温度下进行热处理1、10和100小时后,观察到 M 7 C 3 枝晶间碳化物网络转变为富含Mo的M 23 C 6 碳化物。这些变化通过热力学计算得到解释。碳化物转变释放出形成碳化物的元素,导致在1150°C以下的温度下,在枝晶区域内沉淀出碳化物。在铸造老化材料中,这些碳化物在暴露初期优先在枝晶边缘形成,导致粒子尺寸分布广泛。在暴露的前10小时内,铸造老化材料达到最高硬度,之后观察到软化。在1250°C下进行溶解热处理10小时后,Co-101的微观结构包括M 23 C 6 枝晶间碳化物网络和过饱和的形成碳化物元素的固溶体枝晶。对这种微观结构在900°C下进行100小时的后续老化,导致枝晶内碳化物的数量密度高且粒子尺寸分布窄。这些碳化物的特性导致溶解老化材料的硬度更高,且在更长的暴露时间内保持,比铸造老化试样更好。


The influence of crack and interface oxidation on dwell fatigue crack propagation behavior of the nickel-base superalloy ATI A718Plus

裂纹和界面氧化对镍基高温合金ATI A718Plus滞后疲劳裂纹扩展行为的影响 (this opens in a new tab)

裂纹扩展性能是商业应用超合金在航空航天应用中的一个重要且常常是限制性的因素,其中裂纹尖端的氧化起着重要的作用。先前对Ni基超合金A718Plus的研究发现,高温晶界相 δη 的取向和体积分数对于在650°C的环境空气中的滞后疲劳裂纹扩展速率有重大影响,但在真空中则没有。在这项工作中,通过先进的显微方法和微悬臂测试,研究了 η / δ -基体界面的内部氧化及其对滞后疲劳裂纹扩展和机械性能的影响。在裂纹扩展过程中,裂纹尖端暴露在空气中,形成一个富含Nb的氧化层,使 η / δ -基体界面变脆,导致裂纹偏转并沿着氧化的界面扩展。在氧化界面上的微悬臂测试显示,这些氧化层也显著降低了材料的局部强度和断裂韧性。这证明了界面氧化层是在650°C下,特别是在 η / δ -基体界面与裂纹扩展方向平行的微观结构中,滞后疲劳裂纹生长抗力降低的根本原因。


Thermodynamic Approach to Describe the Martensite Phase Transformation Kinetics via the Stabilization of Austenite

通过稳定奥氏体来描述马氏体相变动力学的热力学方法 (this opens in a new tab)

本研究调查了马氏体转变的扩展, ,转变程度作为温度的函数, 通过 开发一个模型,该模型关注的是在转变过程中残留奥氏体的稳定,而不是描述每个马氏体单元的成核过程。残留奥氏体的稳定在一个考虑化学成分、晶粒尺寸、应力状态、位错密度和温度效应的热力学框架中被描述。 原位 X射线衍射实验在PETRA III(德国汉堡)的同步辐射光源上对一种低合金钢进行了,以支持理论的发展。在转变过程中,马氏体转变动力学以及奥氏体的晶格参数和位错密度等都被测量。为了描述在转变过程中奥氏体晶粒的细化,通过热蚀刻确定了初始的先前奥氏体晶粒尺寸分布。模型的结果和实验的结果在冷却过程中的马氏体转变的60%到70%之间有很好的一致性。结果显示 该转变的主要贡献是在转变过程中的奥氏体细化。对于更高的马氏体分数,观察到的差异归因于使用的奥氏体细化的简单描述。此外,马氏体转变的扩散被显示为与与钢的成分相关的化学驱动力的变化有关,其中C显示出最高的效果。基于数值计算,提出了马氏体转变的速率参数(𝛼)的新系数。


Development of a Diffusion Bonding Route for Joining Oxide-Dispersion-Strengthened (ODS) Steels for Nuclear Applications

为核应用开发氧化物弥散强化(ODS)钢的扩散键合路线 (this opens in a new tab)

氧化物弥散强化(ODS)钢是当前和未来核电厂组件的候选材料。使用ODS钢的问题之一是在不损失机械性能的情况下连接它们的困难。在这项研究中,奥氏体ODS 316L不锈钢被扩散键合到Inconel 718超合金。优化了键合条件后,制作了一些在1200℃下,键合时间为1小时,压力为10 MPa的样品。初步的机械和微观结构分析表明,尽管ODS 316L的晶粒有轻微的生长,但接头界面形成良好。进行了后键合热机械处理(TMT)以细化和恢复ODS 316L的微观结构。通过对母ODS合金和键合样品(有和无TMT)的比较TEM调查以及统计分析,显示出Y-Ti-O氧化物尺寸分布不受键合和补充TMT周期的影响,即使在非常高的温度下,这种粒子的稳定性也表明了该路线适合连接ODS 316L钢。

Effect of Rolling Temperature on Martensitic Transformation and Strain Hardening of Fe–21.2Mn–0.68C Steel

轧制温度对Fe-21.2Mn-0.68C钢的马氏体转变和应变硬化的影响 (this opens in a new tab)

在这项工作中,使用热力学模型计算了Fe-21.2Mn-0.68C钢的堆垛层错能(SFE)的温度依赖性。得到的依赖性显示出SFE随温度的降低和在奥氏体Néel温度以下的饱和。为了展示SFE对Fe-21.2Mn-0.68C钢的形变诱导马氏体转变和应变硬化的影响,轧制在不同的温度进行:接近液氮温度,在室温,和在473 K。使用电子背散射衍射,透射电子显微镜,X射线衍射和磁化测量的微观结构研究揭示了 ε -马氏体和少量 α ′-马氏体在两个较低温度下轧制的样品中,这与它们的应变硬化行为有关。这些轧制温度的SFE的计算值分别等于2和14 mJ/m 2 ,证实了塑性机制对SFE的依赖性。


Investigation of Survived Solidification Features After Hot Isostatic Pressing in Third Generation γ-TiAl Alloys: Ti–45Al–(5, 10)Nb–0.2B–0.2C

研究热等静压后第三代γ-TiAl合金中存活的凝固特征:Ti-45Al-(5,10)Nb-0.2B-0.2C (this opens in a new tab)

铌(Nb)含量在钛铝化物(TiAl)中的效果以Ti-45Al-(5,10)Nb-0.2B-0.2C的组成表现为在凝固过程中相演变序列的变化。在目前的调查中,热等静压(HIP)后存活的凝固特征的微观结构,相和晶体学纹理的演变被检查。已经观察到,10 at. pct的Nb在 γ -TiAl合金中确保了通过铸锭的优秀的晶粒细化和随机纹理。由于冷却过程中的相变,演变的相之间保持了取向关系。一个被抑制的热梯度,与基本的晶粒细化机制有关,通过宪法欠冷和通过改变凝固路径,在两个含Nb的合金的凝固过程中持续存在,并在铸锭的不同位置保持�晶粒生长动力学。已经识别出两种不同类型的 γγ 层片,这与两种不同类型的转变机制有关。从铸造和HIPed圆形煎饼的外围到中心区域也已经调查了微硬度。已经提出了不同类型的 γγ 层片形成和晶体学取向演变机制在这些合金的凝固过程中的新机制。


Concomitant Precipitation of Intermetallic β-NiAl and Carbides in a Precipitation Hardened Steel

共同沉淀金属间化合物β-NiAl和碳化物在一种沉淀硬化钢中 (this opens in a new tab)

被调查的钢通过沉淀两者来硬化 金属间化合物β-NiAl颗粒和碳化物。在达到峰值硬度时,这里在520°C下老化6小时后,β-NiAl颗粒的数密度为2.4 × 10 24 ,碳化物为4.4 × 10 23 。碳化物和β-NiAl经常形成共沉淀物,可能是碳化物在β-NiAl沉淀物上成核。次级碳化物主要是在研究状态下的Cr富集 M 23 C 6 类型。这种钢对过度老化有良好的抵抗力,其中β-NiAl的粗化速度明显慢于碳化物。


Microstructures and Tensile Properties of Ti-6Al-4 V-(0, 2.5, 5, 7.5)Mo Alloys Manufactured by Metal Injection Molding

金属注射成型制造的Ti-6Al-4 V-(0, 2.5, 5,7.5)Mo合金的微观结构和拉伸性能 (this opens in a new tab)

Ti-6Al-4 V是最广泛使用的钛合金。Mo是一种β稳定元素,可以改变钛合金的微观结构和拉伸性能。在这项工作中,研究了Mo添加到金属注射成型的Ti-6Al-4 V的影响。使用1100和1150°C的烧结温度来检查微观结构和拉伸性能。拉伸性能随Mo含量和烧结温度的变化而变化。具体来说,在两种温度下,最大拉伸强度随Mo含量的增加而增加。当在1100°C下烧结时,断裂应变倾向于随Mo含量的增加而减少。然而,在1150°C下,断裂应变随2.5 wt pct Mo的添加显著增加,但随更高的Mo添加量而减少。断裂应变随由Mo添加引起的晶界α层体积分数的增加而改善。然而,在高Mo含量(> 5 wt pct Mo)下,断裂主要由TiC控制。因此,Mo添加量5 wt pct被认为是阈值。在本研究中,1150°C烧结的Ti-6Al-4 V-2.5Mo展示出最优的性能,使其成为功能材料的有吸引力的选择。


Effect of Plastic Deformation in Various Temperature-Rate Conditions on Structure and Mechanical Properties of Biodegradable Fe–30Mn–5Si Alloy

不同温度-速率条件下塑性变形对可降解Fe–30Mn–5Si合金结构和机械性能的影响 (this opens in a new tab)

研究了可降解Fe–30Mn–5Si形状记忆合金(wt pct)在从250°C到900°C的各种压扁条件下的变形行为和结构形成的流变模型。建立了结构形成和压缩应力-应变图形的关系。确定了压缩应力-应变图的主要参数,如最大应力( σ max ),表观屈服应力( σ 0,2 )和在 σ max 下达到的最大应变( e max )。也测量了维氏硬度。发现这些参数在很大程度上取决于变形温度,而在较小程度上取决于应变率。根据光学和电子显微镜,Fe–30Mn–5Si合金在高达900°C的温度下对动态再结晶过程具有高抗性。通过X射线衍射显示,Fe–30Mn–5Si合金在从250°C到700°C的温度范围内处于单相状态( γ -奥氏体)。变形温度的增加导致在室温下出现 ε- 马氏体相。基于获得的结果,已经开发出了后续热机械处理的有利模式。这些模式使得可以从Fe–30Mn–Si合金获得具有高功能性能的半成品。


Nucleation and Coarsening Behavior of Aluminum Nitride and Its Effect on Abnormal Grain Growth in High-Temperature Carburizing Process

氮化铝的成核和粗化行为及其在高温渗碳过程中对异常晶粒长大的影响 (this opens in a new tab)

研究了SCr420H渗碳钢在溶解处理后的伪渗碳过程中奥氏体异常晶粒长大的开始和氮化铝(AlN)的沉淀行为。使用Thermo-Calc软件包计算溶解温度并确定平衡沉淀相的类型。基于DICTRA模拟了AlN沉淀物的粗化动力学。AlN沉淀物的临界粗化温度为1050°C,沉淀物的粗化行为导致异常 在这种钢中的晶粒生长。同时,通过结合沉淀热力学、AlN的粗化动力学和晶粒生长理论,开发了一种预测异常奥氏体晶粒生长发生的起始时间的方法。在渗碳过程中氮化物沉淀行为的微观结构表征表明,奥氏体中的次级相主要是六方AlN和少量的复合沉淀物TiN-AlN。本工作的实验和模拟结果可以为避免在高温渗碳过程中的异常奥氏体晶粒生长提供有用的参考。


Unlocking the Mechanism for Achieving Excellent Thermal Stability in Ultra-Thin AZ61 Mg Alloy Foil

揭示实现超薄AZ61镁合金箔优异热稳定性的机制 (this opens in a new tab)

人们一直在追求超薄Mg箔的优异微观结构稳定性。尽管尝试了复杂的加工方法和各种稀土(RE)元素,但最小可靠厚度或热稳定性仍未能达到期望的结果。现在,这项工作提供了常见的塑性加工方法,用于制备具有比以前报道的含RE的Mg轧制板和挤压棒更优异的热稳定性的商用AZ61镁合金箔。同时,实现超薄厚度和优异热稳定性的特定机制被揭示。在不同滑移面上的棱柱 < a > 位错负责在温暖温度下的大滚动减少。强基底纹理和纳米级沉淀物共同贡献于退火处理期间的慢速晶粒生长。因此,这项工作对于以低成本方式定制具有高热稳定性的超薄无RE镁箔至关重要。


A Comprehensive Study on Hot Deformation Behavior of the Metastable β Titanium Alloy Prepared by Blended Elemental Powder Metallurgy Approach

对由混合元素粉末冶金方法制备的亚稳β钛合金的热变形行为的全面研究 (this opens in a new tab)

研究了通过混合元素粉末冶金方法得到的Ti–5Al–5Mo–5V–3Cr合金的热变形行为。进行了热压缩试验,以确定在800 °C至1000 °C的温度范围内和0.1至20 s −1 的应变速率之间的应力–应变关系。基于收集的数据,使用Arrhenius型方程开发了一个本构模型,并生成了一个变形激活能图。使用动态材料模型理论创建了处理图,并确定了在900 °C至1000 °C的温度和0.1–2.0 s −1 的应变速率之间的最佳热变形参数的处理窗口。微观结构观察证实了DMM分析的结果,在处理窗口参数下发现了均匀和再结晶的微观结构。使用FEM建模设计了热轧过程,并通过实验室测试成功验证。基于先前分析选择的热轧参数导致了具有控制微观结构的完全致密的材料。分析了热轧后的Ti–5Al–5Mo–5V–3Cr合金的变形参数、微观结构、硬度和拉伸性能之间的关系。使用开发的热力学参数进行热轧,导致拉伸强度从757增加到1009 MPa。总的来说,这项研究为Ti–5Al–5Mo–5V–3Cr合金的热变形行为提供了全面的表征,并为优化其热处理参数提供了宝贵的见解。


In Vitro and Ex Vivo Chemical Stability Studies of Layers on Substrates and Implants Made of Titanium Alloy

体外 和 体内 钛合金基材和植入物上层的化学稳定性研究 (this opens in a new tab)

由于其良好的物理、化学性能和与人体细胞和组织的相对良好的生物相容性,钛及其合金在医学中得到了广泛的应用。钛合金的一个严重缺点是与体液接触时的金属离子释放和其对周围生物环境的渗透。为了限制其腐蚀和扩散的产品并改善植入物-骨的整合,金属基材被覆盖了保护层。应用涂层的方法之一是溶胶–凝胶技术,它允许将抗微生物成分并入纯硅酸盐基质中。本研究的目的是评估在长期孵化在蒸馏水和系统条件下的钛基材上的混合涂层的稳定性。研究了改性的TiAlV基材的表面性质,即粗糙度、润湿性和表面能。还分析了 体外体内 SEM-EDS和FTIR条件下的层的化学稳定性。在90天内,观察到接触角的减小和粗糙度的增加。所得结果与FTIR光谱中带强度的减小相关,这证实了在水环境中获得的层的降解。


Effect of Melt Stirring on Microstructure Formation During Solidification of Sr-Modified Near-Eutectic Al–Si Alloys

熔融搅拌对Sr改性近共晶Al–Si合金固化过程中微观结构形成的影响 (this opens in a new tab)

含有0.005–0.02 wt pct Sr的近共晶Al–11 wt pct Si合金 在电磁搅拌的配合下进行了固化,阐明了这种熔融搅拌对共晶演变的影响。 在没有电磁搅拌的情况下固化的试样表现出层状和纤维状的改性共晶相,而在搅拌时固化的试样则显示出含有针状未改性Si相的球形共晶颗粒。 发现这些球形共晶颗粒远离共晶前沿在每个样品的边缘处演变。 在这些颗粒中识别出两种不同的共晶形态:外部是针状的,中心区域是纤维状的。 确定中心的共晶Al基本上具有单一的取向,而边缘处的则显示出多个晶体学取向。 这些结果表明,这两个共晶相是由不同的生长机制演变出来的。 冷却曲线的热分析表明,电磁搅拌降低了共晶抑制温度,表明由于搅拌,Sr的添加导致的共晶改性被抑制。 显然,熔融搅拌破碎了共晶前沿,然后破碎的共晶前沿起到了成核球形共晶颗粒的作用。

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