Al25Nb20Ti30Zr25低密度高熵合金的组织和性能

通过Thermo-Calc软件计算、微观组织多尺度表征以及热模拟试验等研究了Al₂₅Nb₂₀Ti₃₀Zr₂₅合金的组织结构、高温组织稳定性和热加工性能。结果表明,Al₂₅Nb₂₀Ti₃₀Zr₂₅合金的铸锭组织主要由BCC基体相和Zr₅Al₃析出相组成,Zr₅Al₃相在BCC晶界连续析出,晶粒内部的Zr₅Al₃相呈块状分布,平均尺寸在750 nm左右;合金在750~1000 ℃保温24 h后,基体中的晶粒尺寸并未发生明显变化;随着温度的增加,Zr₅Al₃相含量小幅度降低,合金的高温组织稳定性较好。建立了合金的本构方程为$\dot{ε}$=4.5×10¹⁴×[sinh(0.0063σ_p)]^2.8exp(-419/RT),并绘制了合金的能量耗散系数图;在1050 ℃/1 s^-1变形条件下,能量耗散系数达到峰值0.69,在该变形条件下等温锻造出尺寸为$\phi$ 180 mm×20 mm完整无开裂的圆形块体材料。锻造消除了原始晶界处连续分布的Zr₅Al₃相,使其分解成短杆状均匀分布于合金基体中,BCC基体组织发生了动态回复和部分再结晶。     

铁含量对铸态铝铁合金力学性能及组织的影响

采用拉伸试验机、光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和三维纳米X射线显微镜等分析手段研究了铁含量对铸态Al-Fe合金力学性能和微观组织结构的影响。结果表明:随着铁含量的增大,铸态Al-Fe合金抗拉强度和屈服强度增大,断后伸长率下降。大量的球状Al₆Fe析出相和杆状Al₃Fe析出相分布在试验合金铸锭晶界附近,与铸态Al-1.8Fe合金相比,铸态Al-2.6Fe合金具有更小尺寸的晶粒和更大尺寸的Al₃Fe析出相。尺寸更小的晶粒导致铸态Al-2.6Fe合金的强度高于铸态Al-1.8Fe合金,而铸态Al-2.6Fe合金伸长率更低的主要原因是具有更大尺寸的脆性Al₃Fe析出相。     

过时效工艺对AA2195铝锂合金微观组织的影响

采用扫描电子显微技术（SEM）、透射电子显微技术（TEM）、背反射电子衍射技术（EBSD）等分析手段对AA2195铝锂合金过时效对析出相粒子组态、细晶组织的影响进行了研究。结果表明：时效过程中析出的球状粒子为富Cu相，板条状相为富CuFe相；在相同的时效时间下，越高的处理温度可以得到更大的析出相粒子体积分数；在600K以下时效时，粒子沿原始晶界呈连续分布，并几乎占满所有晶界，这种网状分布的粒子在最终快速退火中不仅无法提供足够的形核位置，还将成为大角度晶界移动的障碍，导致大尺寸扁平状晶粒组织的形成，而600K以上的样品则可以得到球状粒子，晶界上无连续分布的粒子，得到了比较理想的晶粒组织。600K／24h炉冷是AA2195铝锂合金超塑性预处理的最佳时效工艺。     

变形条件下镍基耐蚀合金微观组织演化

在未变形、冷变形、热变形3种不同加工条件下,对UNSN08028镍基合金的微观组织及第二相的析出规律进行研究.结果表明:028镍基合金为单相奥氏体组织,第二相为颗粒状、杆状金属间化合物相,且在晶界析出.变形后合金中储存的塑性能对第二相析出起到促进作用.冷变形后第二相的析出抑制合金发生再结晶;热变形过程中发生动态再结晶,消耗部分塑性能;未变形合金中第二相析出量最少,呈颗粒状沿晶界离散分布;冷变形合金中第二相析出量最多,几乎覆盖整个晶界.     

热变形温度和预变形对(TiB+Y2O3)/近α钛基复合材料硅化物析出行为的影响(英文)

基于热压缩试验，研究变形温度和预变形对(TiB+Y₂O₃)双增强相近α钛基复合材料显微组织演变的影响。结果表明：热变形时析出的硅化物的尺寸随变形温度的升高而增大，但其析出数量呈先增加后减少的趋势。预变形使硅化物的析出位置由α/β界面或β块扩散到整个基体组织。动态再结晶是复合材料晶粒细化的主要原因，由预变形引入的位错加速连续动态再结晶的进程。在变形时，位错在断裂的TiB_w和富集的Y₂O₃增强相周围大量增殖和聚集，推动局部晶粒的细化。不同于TiB_w和Y₂O₃对晶粒细化的影响，根据其分布位置的不同，纳米硅化物分别通过钉扎晶界和阻碍位错运动促进α晶粒的动态再结晶。     

Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金中α相的析出行为及对力学性能的影响

对比研究了Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金双时效和单时效对α相析出行为及力学性能的影响。组织观察显示,合金固溶淬火后得到等轴β晶粒。经过低温预时效后,在β晶内获得均匀弥散的α相团簇组织,但在β晶界出现无析出区(PFZ)。这种β晶内/晶界分区析出特征直接影响后续高温时效形貌。双时效后,在β晶内析出细小均匀的α相,但在β晶界,α相呈粗大片状。与之相比,单时效后,α相分布较为均匀,都为粗大层片。拉伸结果表明,与单时效试样相比,双时效试样抗拉强度高达约1630 MPa,但延伸率较差(约2%)。这种高强度归结为组织中亚微米、纳米量级α粒子强烈的析出强化效应,而急剧的延性损失主要源于β晶界处粗大α片诱发的形变局域化进而导致早期沿晶脆性断裂。     

时效处理对7022铝合金组织与弯曲性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸和弯曲试验等研究了时效处理对7022铝合金组织及弯曲性能的影响。结果表明,固溶处理后7022铝合金基体中依然含有大量黑色不溶第二相,且这些相主要由α-Al、MgZn₂、Al₂CuMg和Al₇Cu₂Fe相组成。随着时效的进行,Al₂CuMg和Al₇Cu₂Fe相逐渐溶解,与MgZn₂相性质相似的Mg(Zn, Cu, Al)₂相析出,同时晶粒逐渐长大,产生明显的析出强化效应。试样的抗弯强度主要受到第二相颗粒的数目、尺寸以及晶粒尺寸的影响。110 ℃×10 h时效条件下,合金拥有弥散分布的细小第二相颗粒和合适的晶粒尺寸,具有较好的抗弯强度和抗拉强度,其数值分别为21.7 MPa、608 MPa。     

双级时效对1420铝锂合金超塑性的影响

采用金相、透射电镜、高温拉伸等检测手段研究了双级时效对1420铝锂合金组织及超塑性的影响,结果表明:与单级时效相比,双级时效处理得到分布更均匀、体积分数更大的析出相粒子.双级时效经过轧制和再结晶退火后,得到的晶粒尺寸为8～12μm;500℃条件下8×10-4s-1超塑性伸长率达到860%.第一级低温时效先在基体形成较均匀的细小粒子,这些粒子不仅在晶界,也在晶内大量析出.在高温时效时,这些粒子长大形成分布均匀,体积分数大的析出相粒子.     

热处理工艺对Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金组织和性能的影响

比较了Mg-Gd-Y-Nd-Zr耐热镁合金变形后及经T5和T6处理后的组织演变。在热塑性变形过程中,合金组织内部同时发生动态再结晶和动态析出,晶粒内发生的动态析出降低了再结晶形核的驱动力,部分抑制了动态再结晶的发生。研究表明,该Mg-Gd-Y-Nd-Zr耐热镁合金综合力学性能经T5热处理后比T6热处理有显著提高。经T5处理后,抗拉强度提高到359.3 MPa,比T6处理后增加约48.5%;伸长率由5.17%增加到6.5%。显微组织的演变表明,峰值时效后,合金内部主要析出β′相,该析出相能对合金的晶界起到明显的钉扎作用,阻碍长时间时效过程中的晶粒长大。同时细小的β′析出相的第二相强化作用使其强度明显提高。     

热挤压、固溶及时效对Al-Cu-Mn铝合金微观金相组织的影响

将Al-Cu-Mn铝合金热挤压加工成棒材,然后对其进行固溶淬火处理以及在175℃下进行不同时间的时效处理,研究了热挤压、固溶淬火以及时效等对该合金微观组织的影响.结果表明:热挤压后,没有铸态下的大晶粒存在,且晶界也不明显,脆硬相被挤碎,在T相附近有再结晶晶粒出现,这些微观结构均沿挤压变形方向排列;固溶淬火后,T相弥散析出,挤压变形后的微观金相组织仍然存在,未固溶脆硬相的数量和尺寸均有所减小,但再结晶晶粒尺寸增大,同时出现了一些新的尺寸细小的再结晶晶粒;时效处理对微观金相组织的影响不大.     

压水堆燃料包壳锆合金中第二相腐蚀行为研究进展

锆合金是目前唯一大规模商用的压水堆燃料包壳材料,其耐水侧腐蚀性能是影响核反应堆安全性与经济性的重要因素。微量合金元素(Fe、Nb等)主要以第二相的形式弥散分布在锆合金基体中,但可对锆合金的腐蚀行为产生显著影响。本文比较了不同锆合金中第二相的差异,综述了锆合金中典型第二相的腐蚀行为及其影响因素。分别比较了二元及三元第二相中主要合金元素Fe和Nb的腐蚀过程,总结了不同水化学条件下第二相腐蚀产物的差异及其对锆合金基体腐蚀行为的影响,并指出当前针对第二相腐蚀行为研究中存在的不足。最后,对锆合金第二相腐蚀行为研究趋势进行了展望,先进微观表征手段可进一步完善含Fe、Nb元素第二相的腐蚀机理研究,将为提高我国新型锆合金包壳材料的耐腐蚀性能提供理论参考。     

Revisiting the Hierarchical Microstructures of an Al-Zn-Mg Alloy Fabricated by Pre-deformation and Aging

Pre-deformation before aging has been demonstrated to have a positive effect on the mechanical strength of the 7N01 alloy in our previous study, which is rather different from the general negative effects of pre-deformation on high-strength 7XXX aluminum alloys. In order to explain the strengthening mechanism relating to the positive effect, in the present study, the microstructure of the aged 7N01 alloy with different degrees of pre-deformation was investigated in detail using advanced electron microscopy techniques. Our results show that, without pre-deformation, the aged alloy is strengthened mainly by the η′ type of hardening precipitates. In contrast, with pre-deformation, the aged alloy is strengthened by the hierarchical microstructure consisting of the GP-η′ type of precipitates formed inside sub-grains, the η_p type of precipitates formed at small-angle boundaries, and the dislocation introduced by pre-deformation (residual work-hardening effect). By visualizing the distribution of the η_p precipitates through three-dimensional electron tomography, the 3D microstructures of dislocation cells are clearly revealed. Proper combinations of η_p precipitates, GP-η′ precipitates and residual dislocations in the alloy are responsible for the positive effect of pre-deformation on its mechanical properties.     

Dislocation-Induced Precipitation and Its Strengthening of Al–Cu–Li–Mg Alloys with High Mg

Generally, the good combination of pre-deformation and aging can improve the mechanical strength of the Al–Cu–Li–Mg alloys. However, the effects of pre-deformation on competitive precipitation relationship and precipitation strengthening have not been clarified in detail in Al–Cu–Li–Mg alloys with high Mg. In the present study, the effects of pre-deformation level on the microstructure and mechanical properties of an Al–2.95 Cu–1.55 Li–0.57 Mg–0.18 Zr alloy have been investigated. It is found that the introduction of dislocation by 5% pre-deformation can facilitate the precipitation of new successive composite precipitates and T _1 precipitates along the sub-grain boundaries or dislocations and inhibit the precipitation of dispersive GPB zones which is the main precipitates of the alloys without pre-deformation. The introduction of 5% pre-deformation can enhance the mechanical properties considerably. When the pre-deformation level increases from 5 to 15%, the number density of the successive composite precipitates and T _1 precipitates increases, and the aspect ratio of T _1 precipitates decreases. The decrease in T _1 precipitate aspect ratio and the increment of the successive composite precipitates result in the reduction in precipitation strengthening. Therefore, the increase in pre-deformation level from 5 to 15% does not further improve the mechanical properties of the alloys, although the dislocation strengthening increases continuously.     

Zr-Sn-Nb新型锆合金板材加工过程中不均匀组织与织构演变

利用XRD,SEM-ECC,TEM和EBSD技术,研究了Zr-Sn-Nb系新型锆合金板材加工过程的微观组织及织构演变.结果表明,β相淬火得到的随机织构经热轧后形成沿横向倾斜的基面织构,随后的加工过程均保留该织构;热轧及两次冷轧后的基面织构都为〈1010〉方向平行于轧向(〈1010〉//RD),而退火后转变为〈1210〉方向平行于轧向(〈1210〉//RD).淬火形成的网状魏氏组织经热轧转变为不均匀形变组织,两次冷轧使组织的不均匀性更显著,最终退火得到完全再结晶组织;轧制形成的难变形晶粒多为晶粒C轴平行于轧板法向(C//ND)的取向;最终退火板材的大晶粒多为〈1210〉//RD的基面织构,小晶粒则以〈1010〉//RD为主.结合锆合金的变形及再结晶机制对轧制时产生的不均匀组织及再结晶过程的织构转变进行了分析.     

Zr-sn-Nb新型锆合金板材加工过程中不均匀组织与织构演变

利用XRD,SEM-ECC,TEM和EBSD技术,研究了Zr-Sn-Nb系新型锆合金板材加工过程的微观组织及织构演变.结果表明,β相淬火得到的随机织构经热轧后形成沿横向倾斜的基面织构,随后的加工过程均保留该织构;热轧及两次冷轧后的基面织构都为(1010)方向平行于轧向((1010)∥RD),而退火后转变为(1210)方向平行于轧向((1210)∥RD).淬火形成的网状魏氏组织经热轧转变为不均匀形变组织,两次冷轧使组织的不均匀性更显著,最终退火得到完全再结晶组织;轧制形成的难变形晶粒多为晶粒C轴平行于轧板法向(C∥ND)的取向;最终退火板材的大晶粒多为(1210)∥RD的基面织构,小晶粒则以(1010)∥RD为主.结合锆合金的变形及再结晶机制对轧制时产生的不均匀组织及再结晶过程的织构转变进行了分析.     

Mg-(11-13)Gd-1Zn变形镁合金的组织和力学性能

制备了3种成分的Mg-Gd-Zn三元合金,并对其显微组织和力学性能进行了较系统的研究.结果表明,Mg-（11-13）Gd-1Zn（质量分数,%）三元合金的铸态组织由α-Mg,（Mg,Zn）₃Gd和具有14H结构的长周期堆垛有序相（14H-LPSO）组成;（Mg,Zn）₃Gd呈现典型的网状共晶形貌,其体积分数随Gd含量的增加而增大.热挤压过程中（Mg,Zn）₃Gd相破碎,其颗粒沿挤压方向排列,而14H-LPSO相则分布于条状分布的（Mg,Zn）₃Gd颗粒之间.铸态和挤压态合金在高温固溶处理后,14H-LPSO相的体积分数增加,大部分（Mg,Zn）₃Gd相溶入基体.挤压态合金经固溶和时效（T6）处理后,显微组织中14H-LPSO相的体积分数大幅度增加,而且出现了β′和β₁沉淀颗粒.对挤压后的合金直接进行时效处理（T5）过程中也形成了β′和β₁沉淀,但14H-LPSO相没有显著增加.3种合金中Mg-11Gd-1Zn合金在T6态的性能最好,抗拉强度高达416 MPa.     

Ni基合金与WC混合粉末的激光熔覆层组织

为了提高矿山机械零部件的耐磨性能及使用性能,采用激光熔覆方法在45#钢基体上制备了Ni基合金与WC混合粉末的复合涂层,研究了熔覆层的物相组成、WC颗粒在Ni基合金涂层中的分布,以及加入50%WC颗粒后Ni基合金涂层的裂纹敏感性、显微组织、成分及硬度。结果表明,合理的工艺参数使WC颗粒分布均匀,与基体结合牢固,并保持原始的形状;熔覆层内没有裂纹产生;熔覆层与基体之间形成了冶金结合;熔合线附近由亚共晶组织(初晶的富Ni奥氏体γ-Ni与共晶组织)构成;熔覆层中上部由过共晶组织(初晶的碳化钨与共晶组织)构成,初晶碳化钨的形态有珊瑚状、等轴晶状、柱状及交互结晶状等;激光熔覆层硬度是45#钢基体的5倍以上。     

生长速度与试样直径对定向凝固Ti-46Al-8Nb合金显微组织和硬度的影响

对Ti-46Al-8Nb（摩尔分数,%）合金进行布里奇曼型定向凝固实验,考察生长速度和试样直径对合金显微组织、相变路径和硬度的影响。结果表明,随着生长速度的增加和试样直径的减小,凝固过程由完全β相凝固转变为具有包晶反应的凝固过程,其最终显微组织为α2/γ层片及有α2/γ层片和B2相组成的多相组织。以上结果是由扩散和对流的减弱造成的溶质富集而引起的。包晶反应的发生往往导致严重的溶质偏析,其中溶质Al和Nb的偏析使得层片组织较为粗大。因此,在较高生长速度下发生包晶反应时,合金硬度值急剧下降,硬度曲线随着生长速度的增加呈不连续变化。严重溶质偏析导致的粗大层片组织也使得该成分合金的硬度低于其他Ti Al基合金的硬度。     

Improved Properties in Relation to Fine Precipitate Microstructures Tailored by Combinatorial Processes in an Al-Cu-Mg-Si Alloy

The 2xxx series Al alloys have been widely used in aerospace industry owing to their high strength, good plasticity and superior formability. To ensure a good control of shape, the quenched alloy sheets require a small pre-deformation before artificial aging. However, this pre-deformation considerably deteriorates the mechanical strength of the Al-3.0Cu-1.8Mg-0.5Si (wt%) alloys due to the formation of unfavorable large-sized precipitates at dislocations. To tackle this issue, we designed a pre-aging process prior to the pre-deformation. The thermal-mechanical treatment, involving pre-aging, pre-deformation and subsequent aging, markedly enhanced the ultimate tensile strength up to 521 MPa compared to that (448 MPa) of the alloy without pre-aging. Microstructure characterization revealed that the fine precipitates (~ 2 nm) with a uniform dispersion were promoted within the Al matrix, which in turn partly suppressed the formation of the unfavorable large-sized precipitate (~ 100 nm). Our findings provide a new clue for designing stronger Al alloys with age-hardenability.     

Microstructures and mechanical properties of Ti–Al–V–Nb alloys with cluster formula manufactured by laser additive manufacturing

Ti–Al–V–Nb alloys with the cluster formula, 12[Al–Ti₁₂](AlTi₂)+5[Al–Ti₁₄](V,Nb)₂Ti, were designed by replacing V with Nb based on the Ti–6Al–4V alloy. Single-track cladding layers and bulk samples of the alloys with Nb contents ranging from 0 to 6.96 wt.% were prepared by laser additive manufacturing to examine their formability, microstructure, and mechanical properties. For single-track cladding layers, the addition of Nb increased the surface roughness slightly and decreased the molten pool height to improve its spreadability. The alloy, Ti–5.96Al–1.94V– 3.54Nb (wt.%), exhibited better geometrical accuracy than the other alloys because its molten pool height was consistent with the spread layer thickness of the powder. The microstructures of the bulk samples contained similar columnar β-phase grains, regardless of Nb content. These grains grew epitaxially from the Ti substrate along the deposition direction, with basket-weave α-phase laths within the columnar grains. The α-phase size increased with increasing Nb contents, but its uniformity decreased. Along the deposition direction, the Vickers hardness increased from the substrate to the surface. The Ti–5.96Al–1.94V–3.54Nb alloy exhibited the highest Vickers hardness regardless of deposition position because of the optimal matching relationship between the α-phase size and its content among the designed alloys.