改性HP40合金碳化物析出规律的热力学计算

利用Thermo-Calc热力学计算软件和与之相应的铁基合金数据库,计算了改性HP40合金中可能析出的平衡相及铌、钛和钨成分改变时对碳化物析出规律的影响,并计算了碳化物的平衡化学成分,以期为发展高稳定性的改性HP40合金提供理论依据。结果表明:铌和钛是MC型碳化物的主要形成元素。随着铌和钛含量的提高,MC型碳化物的最大析出量增加,M₂₃C₆型和M₇C₃型碳化物的最大析出量减少,MC型和M₂₃C₆型碳化物的开始析出温度升高。钨元素在高温时主要分布在γ基体中,在服役温度下长期时效,钨从γ基体向M₂₃C₆型碳化物不断偏聚。随着钨含量的提高,M₇C₃型碳化物的最大析出量减少,M₂₃C₆型碳化物的开始析出温度及M₇C₃相向M₂₃C₆相转变的温度均显著升高。     

热作模具钢DM的高温稳定性和热疲劳性能

研究了热作模具钢DM的高温稳定性和热疲劳性能。结果表明,DM钢在620℃热稳保温过程中马氏体板条内的薄片状M₃C型碳化物逐渐向条块状M₇C₃型碳化物转变,在板条的边界生成M₇C₃、M₂₃C₆型碳化物。DM钢的短循环周次热疲劳性能受控于位错重排和湮灭,长循环周次热疲劳性能受控于碳化物的粗化程度。DM钢中M₃C、M₇C₃、M₆C型碳化物的生成自由能分别为27765.5 J/mol、3841.5 J/mol、-7138.1 J/mol,表明在热稳保温与热疲劳试验过程中碳化物的演变机理一致,发生了M3C→M7C3→M6C类型演变。     

球磨转速对含钆ODS钢中M23C6析出的影响研究

以“结构/屏蔽一体化”为研发目标的含钆ODS合金具有较优的中子屏蔽性能与高温力学性能，可作为小型模块化铅冷快堆中子屏蔽材料的研发方向之一。在机械合金化-放电等离子体烧结工艺制备含钆ODS-316L钢的研究中发现，球磨转速影响材料的析出相种类，如在220 r/min低球磨转速下，ODS-316L钢中仅存在纳米尺寸的Gd-Si-O析出相，而在300 r/min高球磨转速下，除纳米尺寸的Gd-Si-O析出相外，材料内还分布着大量百纳米尺寸的片层堆叠状M₂₃C₆型碳化物，且M₂₃C₆内同样存在纳米含钆氧化物颗粒。高球磨转速使球磨粉内元素的偏析与内应力的累积促进了M₂₃C₆的形核，随后的粉末烧结温度则为M₂₃C₆的生长提供了驱动力。此研究可为粉末冶金含钆ODS-316L钢的微观组织调控奠定一定的实验与理论基础。     

P91和P92马氏体耐热钢焊缝中的黑线

借助光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、聚焦离子束和透射电镜等设备，研究了P91和P92马氏体耐热钢埋弧焊焊缝中黑线的分布特点、结构特征和形成原因。结果表明：黑线长短不一，主要位于焊缝的柱状晶之间，由线状排列的面心立方M₂₃C₆碳化物组成，形成原因是焊接过程中Cr和Mo等元素在柱状晶间偏聚，焊后热处理时M₂₃C₆碳化物在柱状晶晶界析出，腐蚀后在光学显微镜下呈黑色线状。     

高淬低回复合冷处理工艺对DC53钢组织性能的影响

基于1 040℃淬火+200℃回火复合冷处理工艺，研究高淬低回热处理复合冷处理工艺对DC53钢组织性能的影响。结果表明：冷处理温度未改变物相析出种类，物相由马氏体、奥氏体、(Cr_2.5Fe_4.3Mo_0.1)C₃和(Cr, Fe)₇C₃型碳化物组成，温度诱发的马氏体择优取向、晶格畸变或层错逐步增强，-196℃时最为剧烈。当-11℃冷处理时驱动力不足碳化物析出较少；-80℃时碳化物析出量最多，以M₇C₃型碳化物为主；-196℃时碳原子扩散动力学不足而固溶于马氏体中。-80℃条件下试样组成相配合最佳，其硬度值59.6 HRC,冲击吸收功9.2 J,较未冷处理的试样硬度提升近5%,韧性提升1.875倍；冲刷腐蚀磨损性能随温度的降低而先升后降，冲刷腐蚀18 h后磨损率为7.65 mg/cm²,相对性能提升近17%。     

球阀表面渗碳凹坑及黑斑产生原因

某火电厂用316L钢球阀在表面渗碳热处理后产生凹坑及黑斑现象，严重影响了球阀使用过程中的密封效果。采用宏观观察、扫描电镜及能谱分析等方法，分析了该凹坑及黑斑的产生原因。结果表明：球阀在渗碳过程中，温度和热处理时间控制不当，导致表面碳元素形成局部偏聚，形成了局部黑色区域；Cr元素在表层区域形成短程扩散，并覆盖于表层，渗碳后以M₂₃C₆和Fe-Cr-C化合物相形式析出，M₂₃C₆以球状形式偏聚，随着运行过程发生脱落，并形成凹坑，元素在凹坑边缘偏聚并析出有害相，析出和脱落交替作用，最终导致凹坑加速形成。     

Inconel 600合金中不同类型晶界处铬的浓度

应用TEM、EDS和EBSD等技术研究了Inconel 600合金在715℃时效过程中不同类型晶界处碳化物的结构、形貌和晶界附近Cr浓度的分布。结果表明,不同类型晶界处碳化物的结构和形貌有较大的不同：在Σ3_c晶界析出的碳化物很少,在Σ3_i晶界析出不规则形状的M₂₃C₆碳化物,在Σ9晶界析出较大的M₂₃C₆碳化物颗粒,在Σ27晶界随机析出粗大的M₇C₃碳化物颗粒。富Cr碳化物在晶界的析出使晶界附近贫铬,在相同的时效条件下晶界的Σ值越高其附近贫铬越严重。随着时效时间的延长各晶界附近贫铬区的宽度不同程度地增大,时效15 h贫铬区的深度最大,时效50 h后深度不同程度地减小。     

TiCp/Cr15高铬铸铁复合材料的制备与性能

以TiC_p粉末和水雾化Cr15高铬铸铁粉末为原料,采用粉末冶金液相烧结技术制备TiC_p增强高铬铸铁复合材料。研究了TiC_p含量对高铬铸铁的物相组成、显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,全致密的TiC_p增强高铬铸铁基体复合材料的构成相为TiC、M₇C₃型碳化物、马氏体和少量奥氏体;随着TiC_p添加量增大,金属基体逐步呈孤岛状,并在其中析出越来越多的M₇C₃型碳化物,同时TiC_p逐步呈连续网状分布;同时,其硬度稳步提升,而抗弯强度和冲击韧性降低。当TiC_p添加量为20wt%时烧结态复合材料具有最佳综合力学性能。此时硬度为HRC 66.8 ,冲击韧性为6.86 J/cm2,抗弯强度为1 343.10 MPa。当TiC_p添加量为25wt%时硬度达到最大值HRC 67.20 。      

长时运行过热器12Cr1MoV钢管的内壁氧化层

采用扫描电镜分析、能谱分析、X射线衍射分析、透射电镜分析、X射线光电子能谱分析、力学性能测试等方法对长时运行过热器12Cr1MoV钢管的内壁氧化层进行研究。结果表明：高温服役条件下,12Cr1MoV钢管的晶界析出面心立方结构的Cr₂₃C₆碳化物,该碳化物呈弥散分布,使晶界得到强化;钢管基材与内壁氧化层界面未出现明显的分层现象;随着服役时间的延长,晶界Cr₂₃C₆碳化物呈链状聚集分布,碳化物逐渐增多,颗粒尺寸逐渐增大,氧化层组织疏松,且与金属基体之间存在明显的分界面。     

Sanicro25耐热钢中析出相的热力学计算与平衡相分析

利用热力学软件Thermal-Calc计算了Sanicro25耐热钢中的平衡态析出相,分析讨论了关键元素含量变化对析出相的影响规律.研究结果表明:增加钢中W、C含量可以升高M23C6的回溶温度以及增加M23C6的析出量,Cr、Co含量对M23C6的析出量没有明显影响;Cr含量越低,W含量越高,Laves相的回溶温度越高,析出量越大;Cr、N含量越低,Nb含量越高,MX相的析出量越高;Nb含量越高,N含量越少,Z相的析出量越大;W、Cr含量越高,σ相析出量越大,回溶温度越高.     

微量Ce元素对高铬高钴型马氏体耐热钢力学性能的影响

在不同条件下对X20Co高钴高铬型马氏体耐热钢进行热处理,用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪以及拉伸实验等手段进行表征,研究了微量Ce元素对其微观组织和力学性能的影响。结果表明,在X20Co钢的淬火过程中,添加质量分数为50×10^-6 Ce元素能促进M₆C型碳化物沿晶析出,阻碍晶界迁移,使奥氏体晶粒细化;在回火过程中能抑制M₂₃C₆型碳化物沿晶界聚集长大。同时,添加50×10^-6 Ce元素对X20Co高钴高铬型马氏体耐热钢的室温硬度、室温强度、高温瞬时拉伸强度没有显著的影响,但是使其室温韧性、塑性和高温塑性显著改善。     

冷、热轧工艺对S400不锈钢点蚀性能的影响

为了更好地了解轧制成型工艺对不锈钢板材点蚀性能的影响,通过X射线衍射(XRD)、电子显微镜技术和电化学测试方法等研究了冷、热轧S400不锈钢的微观组织演化、碳化物析出和点蚀机理。结果表明,冷、热轧S400不锈钢基体均为铁素体组织,其中冷轧工艺钢(CR-S400)基体为细长变形的铁素体晶粒,热轧工艺钢(HR-S400)的铁素体晶粒呈现等轴晶;在CR-S400和HR-S400中均观察到了富Cr的M₂₃C₆碳化物析出,该碳化物引起了CR-S400和HR-S400的点蚀;HR-S400的点蚀电位较低,极化电阻较小,耐腐蚀性较差,这可能归因于在HR-S400中形成的少量马氏体岛组织的出现降低了S400热轧板的耐蚀性。     

Cr含量降低对H13钢组织与力学性能的影响

对比了Cr含量降低为3%的3Cr-H13钢与Cr含量为5%的传统H13钢性能的差异,利用SEM、TEM、XRD进行微观组织与相组成分析,研究了Cr对H13钢组织性能的影响。结果表明,Cr含量的降低明显提高了H13钢的回火稳定性与高温强度,其原因主要与回火组织中马氏体的回复程度及二次析出碳化物的种类有关。传统H13钢在650℃回火时,马氏体基本回复完全,基体强度明显下降,并在原马氏体板条界和晶界上析出了较多的尺寸为120nm左右的近球形Cr7C3和M6C型碳化物,第二相强化效果降低;而Cr含量降低为3%的3Cr-H13钢在650℃回火后,基体依然为板条马氏体,板条内保持较高的位错密度,同时板条内析出的大量细小弥散的短棒状VC,在起到弥散强化作用的同时还钉扎位错,推迟了马氏体的回复,从而提高了高温性能。     

不锈钢钢管焊缝附近部位开裂原因

汽车底盘用排气管、冷却水管等不锈钢钢管焊缝附近发生开裂现象，采用宏观观察、化学成分分析、金相检验等方法对其开裂原因进行了分析。结果表明：相比06Cr19Ni10不锈钢，1Cr14Mn10Ni1不锈钢的钢管焊缝附近更容易析出Cr₂₃C₆碳化物，并出现局部贫Cr,贫Cr区域沿着晶界发生腐蚀开裂。     

含铝奥氏体不锈钢的强化相析出调控和蠕变性能研究进展

根据我国的能源结构，发展大容量、高参数的超(超)临界火电机组和高效的先进核能是解决能源短缺与环境污染之间矛盾的主要途径。为了能够长期在高温、高压的恶劣环境下服役，对发电机组和核能系统结构用材料提出了更苛刻的要求。含铝奥氏体不锈钢兼具优异的抗氧化性能和高温强度，可作为超(超)临界电站及超临界水堆等先进能源系统关键部位的候选材料。蠕变性能是含铝奥氏体不锈钢应用于先进能源系统的重要服役性能，其与析出相(包括碳化物M₂₃C₆及MC、Laves相、NiAl相、FeCr相等)的种类、尺寸和分布状态关系密切。如果析出相能以有效钉扎位错的合适尺寸均匀弥散分布于基体中，且具有较好的高温稳定性，那么合金就能获得优异的高温蠕变性能。总结现有的研究成果可知，含铝奥氏体不锈钢的主要发展方向和调控思路是以Super304H、HR3C和TP347HFG为基体，进一步调整Al、N、Si、Ni、V、B等合金元素含量，研究合金在服役过程中纳米级别析出相的分布情况、高温蠕变性能等变化规律。主要研究目标是在控制成本的前提下通过析出相的有效调控，提升合金的高温蠕变性能和抗氧化性能。因...     

Effect of boron addition on the microstructure and mechanical properties of K4750 nickel-based superalloy

The effect of boron addition at 0,0.007 wt.% and 0.010 wt.% on the microstructure and mechanical properties of K4750 nickel-based superalloy was studied.The microstructure of the as-cast and heat-treated alloys was analyzed by SEM,EPMA,SIMS and TEM.Lamellar M₅ B₃-type borides were observed in boroncontaining as-cast alloys.After the full heat treatment,boron atoms released from the decomposition of M₅ B₃ borides were segregated at grain boundaries,which inhibited the growth and agglomeration of M₂₃C₆ carbides.Therefore,the M₂₃C₆ carbides along grain boundaries were granular in boron-containing alloys,while those were continuous in boron-free alloys.The mechanical prope rty analysis indicated that the addition of bo ron significantly improved the tensile ductility at room tempe rature and stress rupture properties at 750℃/430 MPa of K4750 alloy.The low tensile ductility at room temperature of 0 B alloy was attributed to continuous M₂₃C₆ carbides leaded to stress concentration,which provided a favorable location for crack nucleation and propagation.The improvement of the stress rupture properties of boron-containing alloys was the result of the combination of boron segregation increased the cohesion of grain boundaries and granular M₂₃C₆ carbides suppressed the link-up and extension of micro-cracks.     

超超临界电站用镍铁基高温合金TCP相和碳化物相析出的热力学计算

利用材料相图与性能模拟计算软件JMatPro,研究了难熔元素W,Mo,Nb和Fe含量的变化对一种新型镍铁基高温合金拓扑密排相(TCP)和碳化物相析出及高温性能的影响。结果表明:新型镍铁基高温合金晶内强化相为γ′相,晶界为M23C6碳化物;在合金中添加Mo,W,Nb均可提高合金的持久强度和屈服强度;增加合金中Mo,Nb,Fe的含量会提高Laves相和σ相的析出温度;为避免在长期服役过程中合金析出较多的TCP相,在合金中添加不超过0.6%(质量分数,下同)的Nb或不超过1%的Mo和W,以使TCP相的析出温度尽可能低于使役温度。     

Cr8Nb3CSiMnTi系堆焊合金的组织及耐磨性研究

为解决中铬合金耐磨性不足的问题，采用“复合粉粒+H08A实心焊丝”埋弧焊方法制备Cr8Nb3CSiMnTi系中铬耐磨合金，借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及附属能谱仪(EDS)等手段，研究了碳含量对该合金组织和耐磨性的影响。结果表明：中铬堆焊合金的基体由α-Fe构成，硬质相包括(Fe, Cr)₇C₃、(Fe, Cr)₃C碳化物和(Nb, Ti)C等相；随着碳含量升高，α-Fe固溶的铬含量持续减小，沿晶(Fe, Cr)₇C₃型碳化物数量增多，形态从孤立状依次改变为树枝状、定向聚集态等，与(Nb, Ti)C相的间距随之减小。湿砂橡胶轮式磨损试验结果显示，随碳含量提高，堆焊合金的耐磨性先显著改善然后降低，这主要与沿晶碳化物(Fe, Cr)₇C₃数量提高以及其与(Nb, Ti)C相的间隔距离改变有关；堆焊合金的韧性则先持续下降，然后上升，这不仅决定于基体数量，而且与沿晶碳化物的形态及其分布有关；其磨损机制包括显微切削和剥落，以显...     

C和B的含量对K417G镍基高温合金的凝固行为和高温持久性能的影响

对不同C、B含量的K417G合金进行DTA分析、等温淬火实验和950℃/235 MPa持久性能测试,并观察其组织形貌,研究了C、B含量对K417G镍基高温合金的凝固行为和高温持久性能的影响。结果表明,在合金的凝固期间C含量影响碳化物的析出温度和初生碳化物的含量,且随着C含量的提高而提高;共晶组织的析出温度主要受B元素含量影响,且共晶含量随着B含量的提高而提高。合金在950℃/235MPa条件下持久变形期间其断裂机制为裂纹在晶界处萌生并沿晶界扩展,晶界处的MC型碳化物分解成富Cr的M₂₃C₆型碳化物而使晶界的稳定性降低;在合金成分范围内提高B元素含量能改善合金在高温变形期间的晶界强度,因此适当降低合金中的C含量和提高B含量有助于改善合金的高温持久性能。     

淬火温度对含铜5Cr15MoV马氏体不锈钢性能的影响

将含铜5Cr15MoV马氏体不锈钢在不同温度热处理并使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、硬度测试和电化学测试等手段对其表征,研究了淬火温度对其组织、硬度以及耐蚀性能的影响。结果表明,铜元素的添加提高了材料中残余奥氏体的体积分数,而使其硬度降低。淬火后钢中的未溶碳化物为fcc结构的富铬M₂₃C₆型碳化物,铜元素的添加对5Cr15MoV马氏体不锈钢中碳化物的尺寸和形貌没有明显的影响,但是使其耐蚀性能略微降低。随着淬火温度从1000℃提高到1100℃,未溶碳化物逐渐减少,耐蚀性提高。残余奥氏体的含量也随着淬火温度的提高而增多,碳化物与残余奥氏体的共同作用使淬火后钢的硬度曲线呈抛物线状并在1050℃达到最大值。