718Plus合金时效初期强化相的析出规律EI北大核心CSCD

采用显微硬度计、扫描电子显微镜(SEM)、原子探针层析(APT)技术研究了在标准热处理过程中及720℃时效初期(时效至128 h)718Plus合金的显微组织以及成分的演变规律。结果表明:718Plus合金的硬度在788℃炉冷至704℃后明显上升,在720℃时效至64 h时达到最大值459.3HV±8.5HV,硬度变化与γ′相的析出长大有关。随着热处理的进行,Ti、Al、Nb元素的分配系数逐渐增大,球形γ′相的直径、体积分数逐渐增大。γ′相的析出长大由Ti、Al、Nb元素在基体中的扩散控制,扩散程度采用元素的分配系数进行表示。在整个热处理过程中,Ti、Al、Nb元素在γ′相与基体之间的分配行为造成γ′相的直径、体积分数的变化。此外,在基体中分散着纳米级γ′团簇,其尺寸和数量密度在热处理过程中基本不变。     

Mn对钢中富Cu相和NiAl相复合析出过程的影响

将Fe-Cu-Ni-Al和Fe-Cu-Ni-Al-Mn钢900℃固溶2 h后水淬,在500℃时效不同时间,利用硬度测试和原子探针层析技术(APT)研究Mn对钢中多元强化相析出过程的影响.硬度测试结果显示,Mn的加入增强了钢时效初期的析出强化效果,加快了整个析出强化的进程.APT结果表明,Mn提高了时效初期析出相的形核率,加快了析出相的长大和粗化速率,进一步加速了富Cu相和Ni Al相的分离.这是由于Mn可降低析出相的形核能,加快各元素在基体中的扩散速率,同时Mn取代Ni Al相中Al的位置,在Ni Al相中形成缺陷,加速了Cu在其中的扩散速率.     

Fe-Ni基合金时效过程中γ'相析出的原子探针层析技术研究

将一种Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金在980℃固溶后水淬,在620℃经过不同时间时效。利用硬度测试及原子探针层析技术(APT)研究时效过程中g'相的析出行为及其对材料硬度的影响。结果表明,当时效时间小于6 h时,合金硬度增加较快,由时效前的145 HV迅速增加至205 HV,随后硬度增加速率缓慢;时效120 h时,硬度为251 HV。APT结果表明,合金经固溶处理后,合金元素均匀分布在基体中。在时效最初阶段,Ti发生了较为明显的偏聚,形成含有Fe、Ni和Al等元素的富Ti纳米团簇。随着时效时间延长,富Ti纳米团簇中的Ni和Al原子的含量逐步增多,而Fe、Cr及Mo等原子的含量不断减少;当时效至120 h时,团簇中Ni与Ti+Al比值近似于3,即已完全形成g'相,表明g'相析出是形核-长大过程。合金硬度的变化与时效过程中g'相的数量密度和体积分数有关。     

含Er和Zr元素的Al-Mg-Si合金板材时效析出与强化行为

通过研究热处理工艺对Al-Mg-Si-Zr-Er合金组织与性能的影响,确定了合金板材的峰时效热处理工艺,探讨了合金的析出与强化行为。研究结果表明:540℃固溶1 h后,合金板材的析出相得到充分溶解,再结晶组织也未发生明显粗化;时效时,合金的析出相主要为Mg2Si、Al Cu Mg Si(Q相)和Cu Al2等;Er和Zr元素的加入促进了β″相析出,并使β″相变得更为细小弥散,从而缩短了时效时间,提高时效强化效果;合金的峰时效工艺为540℃固溶1 h,180℃时效5 h;合金的时效强化是位错切过机制和绕过机制的综合作用;合金的较高强度源于合金凝固组织细化、Al3(Er,Zr)粒子的弥散强化以及Er和Zr元素的加入促进β″相析出细化等共同作用的结果。     

真空热处理对Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层体系组织结构及元素扩散行为的影响

采用电弧离子镀(AIP)技术在Ti6Al4V基体表面沉积制备了NiCrAlY涂层. 通过金相观察(OM)、扫描电镜(SEM)与能谱(EDS)分析、 X射线衍射(XRD)分析以及显微硬度测试, 研究了真空热处理对NiCrAlY涂层组织性能的影响, 讨论了Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层界面元素扩散规律. 结果表明: 700.℃真空热处理后, NiCrAlY涂层中开始析出γ′-Ni3Al相, 这提高了涂层的表面硬度; 在700.℃温度下, Ti6Al4V基体/NiCrAlY涂层界面由外至内出现Ni3(Al,Ti)、 TiNi和Ti2Ni中间化合物层, 并随着温度提高, 界面处中间化合物层增厚; 700.℃时, 主要发生了镍、钛元素的扩散, 铬元素在870.℃开始发生扩散. 当温度提高到950.℃后, 由于镍元素大量向Ti6Al4V基体扩散引起涂层的退化失效.     

Zn/Mg比对Al-Zn-Mg合金时效析出惯序的影响

采用硬度测试研究了Al6.2Zn2.3Mg和Al5.0Zn3.0Mg合金470℃固溶2 h,再经120℃时效后的时效硬化行为。计算了Al6.2Zn2.3Mg和Al5.0Zn3.0Mg合金基体的价电子结构,研究了固溶及时效初期基体中原子团簇形成的微观机制,进而分析了Zn/Mg比对Al-Zn-Mg合金时效析出惯序的影响。研究表明:Al6.2Zn2.3Mg合金时效硬化行为表现出双峰特征的原因在于时效初期优先形成的a-Al-Zn-Mg固溶体只为η析出序列起始相GP区的形成提供了条件;而Al5.0Zn3.0Mg合金时效硬化行为不具有双峰特征的原因在于时效初期形成的a-Al-Zn-Mg和a-Al-Mg-Zn-Mg-Al 2种固溶体分别为η和T析出序列起始相GP区的形成提供了条件,因而合金时效时同时启动了时效进程、强化相析出及转变时间和强化作用不同的2个析出序列。     

Ti/Al比对GH984G合金长期时效过程中γ′沉淀相粗化行为及拉伸性能的影响

研究了2种Ti/Al比对新型Ni-Fe-Cr基合金GH984G在长达上万小时高温时效过程中γ′淀相的粗化行为及其拉伸性能的影响规律.结果表明:随时效温度从700℃升高至800℃,球形γ′沉淀相的粗化速率明显增大.在700和750℃长期时效过程中,高Ti/Al比和低Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为均符合Lifshitz-Slyozof-Wagner(LSW)理论,受扩散过程控制,高Ti/Al比合金中γ′沉淀相的粗化速率较高.800℃长期时效过程中,2种Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为偏离LSW理论.此外,时效时间小于3×103h时,高Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大较快,进一步延长时效时间,低Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大速率较快.Ti/Al比对合金标准热处理态和700~800℃时效10480 h后合金的700℃拉伸性能无明显影响.通过选取合适的Ti/Al比,可以控制γ′沉淀相的粗化行为,增强合金组织稳定性.     

Ti、Al对Fe-Ni基合金时效硬化行为的影响

Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金的性能强烈依赖于γ'相,而Ti、Al含量的改变,直接影响到γ'相的析出行为,从而影响合金的性能。本文采用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度研究了Ti、Al含量对γ'及η相析出规律的影响,揭示了不同Ti、Al含量Fe-Ni基合金的时效硬化行为。结果表明,提高合金中的(Ti+Al)含量,γ'相的析出数量增加;提高Ti/Al比对γ'相的析出数量影响不大,但会加快γ'相的长大速率。Ti、Al的扩散速率决定γ'相及η相的析出行为,从而造成不同Ti、Al含量Fe-Ni基合金时效硬化行为的差异。     

热处理过程中SiCp/2024Al基复合材料的微观组织演变

采用真空热压烧结工艺在580℃下制备了35%(体积分数)SiCp/2024铝基复合材料,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱(EDS)、高分辨透射电镜(HRTEM)对复合材料热处理过程中微观组织进行了表征,研究了热压烧结后复合材料的析出相的微观结构以及析出相在热处理过程的演变规律。结果表明,热压烧结后复合材料中存在许多粗大析出相颗粒,包括Al4Cu9,Al2Cu,Al18Mg3Mn2,Al5Cu6Mg2和Al7Cu2Fe。随着固溶温度的提高,粗大析出相颗粒逐渐回溶到Al基体中,当固溶温度达到510℃时,粗大析出相颗粒几乎全部回溶到基体中,但还存在少量的难溶相。复合材料经510℃固溶2 h+190℃时效9 h后,除了少量的难溶相,许多圆盘状纳米析出相Al2Cu和棒针状纳米析出相Al2Cu Mg弥散分布于基体中且与基体的界面为错配度较小的半共格界面,圆盘状纳米析出相的直径为50~200 nm,棒针状纳米析出相长度为100~150 nm。     

IN718合金时效后的组织及其典型元素分布特征

对离心喷射沉积IN718合金进行固溶处理及870℃×(10～100)h时效.利用EPMA背散射电子像及TEM衍衬像显示其显微组织形貌,利用电子探针.能谱分析(EPMA-EDS)和复相分离法(MPSM)测算了合金中的γ"、δ和基体相的成分,计算了各相含量以及相间典型元素分配量,分析了各元素在γ"和δ相的分布特征.结果表明,离心喷射沉积IN718合金在870℃时效后析出γ"和δ相;随着时效时间的延长,δ相含量符合Avrami公式规律;时效30 h后γ"相含量随时间呈线性增加;元素分配量的变化揭示了时效过程中相间元素的分布特征.     

原位内生颗粒增强TiB_2/7055铝基复合材料的组织

对原位内生Ti B2/7055铝基复合材料的微观组织和热处理特性进行了研究。结果表明,原位内生的Ti B2颗粒在基体中弥散分布,与基体界面结合良好。Ti B2/7055复合材料具有显著的时效强化行为,增强相Ti B2颗粒促进复合材料的时效析出行为,缩短硬度达到峰值的时间,热处理后硬度和抗拉强度等性能明显提高。确定了12 mass%Ti B2/7055复合材料最佳热处理制度为460℃固溶60 min,120℃时效20 h。     

Laves相析出对P92钢合金元素再分布的影响

对P92钢进行650℃,0~5000h时效实验,采用萃取复型和电化学萃取2种方法分离时效样品中的沉淀相,采用电感耦合等离子体发射光谱仪和EDS测定萃取物中合金元素的含量,揭示Laves相析出引起的合金元素再分布规律.利用Brinell硬度计测试P92钢时效过程中的硬度变化.根据合金元素再分布特性,建立基体溶质原子贫化损伤演化方程,采用基于物理本质的CDM模型评价其析出对P92钢蠕变寿命的影响.结果表明,时效前P92钢中约86%的W和Mo固溶于基体,剩余的14%分配在M23C6中.P92钢时效过程中由于Laves相析出发生合金元素的迁移,其析出主要夺取基体中的W和Mo原子,对时效前已析出的M23C6和MX相的成分影响很小.Laves相完全析出后,基体中W和Mo的分配量均降至50%左右.Laves相的析出还消耗基体的一部分Cr,使其分配量减少约3.6%.Laves相析出明显削弱溶质原子的固溶硬化作用,CDM计算表明,其析出使P92钢在650℃,100MPa下的蠕变寿命缩短24%左右.     

Nb对钠冷快堆包壳用15-15Ti奥氏体不锈钢组织和拉伸性能的影响

使用OM、SEM和TEM等方法研究了0~0.46wt.%Nb对固溶态和时效态15Cr-15Ni含Ti奥氏体不锈钢(15-15Ti)中析出相类型、形貌及其分布的影响。结果表明,Nb取代了(Ti,Mo)C相中部分Ti、Mo原子,在0.21wt.%Nb和0.46wt.%Nb合金中形成富Nb的(Nb,Ti)C相,而且Nb含量的增加使固溶态的奥氏体基体组织细化。在850 ℃时效1000h后,组织中有sigma相、MC碳化物析出,Nb的增加促进了 Nb、Mo元素在sigma相中的富集,促使sigma相更为细小、弥散析出。固溶态和时效态试样的室温、650 ℃拉伸结果表明,在0~0.46 wt.% Nb范围内,Nb含量的增加对固溶态合金室温和高温拉伸性能影响较小,而Nb促进析出的sigma相对时效态合金的拉伸性能影响较小。     

铸造镍基高温合金中初生MC碳化物的退化过程和机理

采用OM,SEM和TEM及其HAADF模式下的元素面扫描,研究了一种铸造镍基高温合金长期时效期间初生MC碳化物的分解反应过程、形式及机理.结果表明,在长期时效过程中,初生MC分解反应分为3个阶段:MC+g→M_6C+γ′,MC+γ→M_6C+M_(23)C_6+γ′和MC+γ→M_6C+M_(23)C_6+h.HAADF模式下对分解区域进行元素面扫描,浓度梯度显示初生MC分解实际上是元素在初生MC和g基体之间的互扩散交流过程,分解产物中的C主要来源于初生MC,Ni,Al和Cr来源于g基体,而Ti,W和Mo不仅源于g基体也源于初生MC.合金具有较高的Ti+Nb+Ta+Hf原子分数和(Ti+Nb+Ta+Hf)/Al原子比是初生MC分解过程中析出h相的必要条件,而其析出的数量与初生MC的分解程度有关,分解程度越高,析出数量越大.     

低活化元素对耐热钢组织及性能的影响

研究了Ti和Co元素对9Cr3W耐热钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,Ti可以细化耐热钢9Cr3W中原奥氏体晶粒和析出相,并且促使析出相均匀弥散分布于基体中。Co促使析出相分布不均,加剧M23C6型析出相团聚。Ti元素和Co元素对9Cr3W钢都有强化作用。在650℃、120 MPa条件下,加入Co和Ti后,9Cr3W的蠕变断裂寿命从264 h延长到了502 h和516 h。     

TB17钛合金初生α相对元素重分布和时效析出的影响

对TB17钛合金进行了亚β固溶处理(固溶温度800℃-835℃,固溶时间0.5h-9h),采用电子探针分析了Al、Mo、Nb元素在初生α相和β基体中的分布,研究了合金亚β固溶时初生α相析出、元素重分布规律及其对时效次生相的影响。结果表明,合金亚β温度固溶时以晶内析出针状初生α相为主,晶界析出少量片层状初生α相。初生α相析出量随亚β固溶温度升高而降低,固溶温度高于825℃时基本不析出α相。初生α相尺寸随固溶时间延长而增大,固溶时间超过2h后,初生α相析出量达到稳态。Al元素倾向于在初生α相中富集,Mo和Nb元素则倾向于β基体富集。初生α相中心部位Al元素浓度较高,边缘部位较低,而Mo和Nb元素中心部位则浓度较低,边缘部位较高。增加初生α相析出量,会使β基体Al浓度降低,Mo、Nb元素浓度升高。初生α相较少(2%)时初生α相周围的次生α相以针状或片层状形貌为主,远离初生α相区域的次生α相以似网篮结构为主,初生α相较多(10%)时次生α相均以片层状形貌为主。     

高温预时效+低温再时效对Al-Mg-Si-Cu合金力学性能及晶间腐蚀敏感性的影响

采用拉伸性能测试和晶间腐蚀浸泡实验,研究了高温预时效+低温再时效对Al-Mg-Si-Cu合金拉伸性能和晶间腐蚀敏感性的影响,并通过TEM观察基体和晶界析出相特征.与常规T6时效(180℃,8 h)相比,优化双级时效(180℃,2 h+160℃,120 h)能在不降低6061铝合金拉伸性能的基础上彻底消除晶间腐蚀敏感性,此时铝合金析出特征为基体分布着高密度b″相兼有少量Q'相,而晶界析出相呈现球状、断续分布.这种特征组织的形成源于降低再时效温度造成基体和晶界扩散速率的下降幅度不同,导致再时效过程中基体预析出相因长大速度较慢而保持较好的强化效果;晶界预析出相因粗化速度较快而呈现球形、断续分布.     

2A14铝合金的固溶-冷变形-时效工艺

采用X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计、场发射扫描电镜对固溶-冷变形-时效工艺条件下2A14铝合金的位错密度、硬度曲线以及微观组织结构进行研究。研究表明,原始2A14铝合金中主要包括Al基体及Al2Cu相,且粗大的第二相Al2Cu不均匀地分布在Al基体上;固溶-冷变形-时效后2A14铝合金脱溶相更加细小,且弥散分布在Al基体上。时效过程中位错密度逐渐减小,位错强化效果减弱;传统固溶-时效工艺的2A14铝合金在160℃时效12 h时,维氏硬度从100 HV0.2提高到164 HV0.2,而固溶-冷变形-时效工艺的2A14铝合金在160℃时效8 h后维氏硬度达到185 HV0.2。时效前的冷变形工艺改变了合金的时效析出行为,加速了时效进程,提高了合金强度。     

7N01铝合金120℃单级时效的组织和性能

利用光学金相、扫描电镜、透射电镜、硬度和差热分析等研究了7N01铝合金在120℃下时效性能变化与析出演变情况。结果表明：7N01强化元素充分固溶处理后,难溶的Fe、Mn元素等与Al、Si等形成了棒状α-Al（FeMn）Si相,时效过程中,α-Al（FeMn）Si吸附并溶解基体析出的Mg、Zn等元素,形成α-Al（FeMnMgZn）Si。合金在120℃下时效,随着时效时间的延长,硬度不断上升,并在时效48 h后达到第一个硬度峰值,峰值硬度为138 VHN,继续时效,硬度开始稍有下降,时效到72 h后硬度又缓慢上升,直至时效到96 h时,7N01硬度达到第二个峰值,峰值硬度为146 VHN。硬度变化本质上反映了120℃时效过程中强化相从GPⅡ到η＇相转变。     

多相强化型马氏体时效不锈钢中的合金元素偏聚效应

采用高分辨透射电镜(HRTEM)和原子探针层析技术(APT)等分析手段研究了一种多相强化型马氏体时效不锈钢时效过程中的元素偏聚特征及其与材料力学和耐蚀性能的关系.结果表明,马氏体时效不锈钢在时效过程中析出3种强化相:富Mo的R′相、Ni3Ti金属间化合物h相和富Cr的a′相.其中R′相与h相一起形成核壳状结构,a′相则单独弥散分布于基体中.时效时间延长至40 h后,主要强化相h相的成分、数量密度和等效半径基本稳定,同时马氏体时效不锈钢的强度不再发生明显的变化,这种优异的抗过时效能力是由于核壳状结构的形成.腐蚀实验结果表明,由于富Cr的a′相的析出,导致贫Cr区的形成,进而降低了马氏体时效不锈钢的耐蚀性能.