激光诱导击穿光谱在金属材料在线分析方面的应用进展

激光诱导击穿光谱(LIBS)由于具有无需样品制备、分析速度快、可远距离在线遥测以及可进行元素的二维表面分布和深度分析等特点,引起光谱化学分析领域研究者的广泛关注。在冶金过程工艺控制领域,金属材料的在线分析以及元素多维信息的获取,对于实时监控金属材料的生产工艺及准确实现金属材料的快速分类方面具有重要的意义。与传统的分析方法相比较,LIBS技术因其众多优势已成为金属材料实时在线分析的最佳手段之一,而且已有多种商品化的仪器推出。论文首先对LIBS在线仪器装置进行介绍,然后对近些年LIBS在熔融金属在线分析、连铸钢坯鉴别、炉渣在线分析、金属材料分类识别、金属材料镀层分析等方面的发展现状及挑战进行论述,最后对LIBS在线分析进行展望。     

激光诱导击穿光谱在金属材料在线分析方面的应用进展

激光诱导击穿光谱(LIBS)由于具有无需样品制备、分析速度快、可远距离在线遥测以及可进行元素的二维表面分布和深度分析等特点,引起光谱化学分析领域研究者的广泛关注。在冶金过程工艺控制领域,金属材料的在线分析以及元素多维信息的获取,对于实时监控金属材料的生产工艺及准确实现金属材料的快速分类方面具有重要的意义。与传统的分析方法相比较,LIBS技术因其众多优势已成为金属材料实时在线分析的最佳手段之一,而且已有多种商品化的仪器推出。论文首先对LIBS在线仪器装置进行介绍,然后对近些年LIBS在熔融金属在线分析、连铸钢坯鉴别、炉渣在线分析、金属材料分类识别、金属材料镀层分析等方面的发展现状及挑战进行论述,最后对LIBS在线分析进行展望。     

链条断裂分析

吊索具链条在使用过程中断裂,需要分析链条断裂失效的原因,本文通过材料化学成分、链条最小破坏力、断口宏观分析金相分析、扫描电镜检测手段,推链条断裂原因,结果表明链条在使用过程中因外侧受到挤压,产生塑性变形和裂纹,在不断承受应力的作用情况下,裂纹开始扩展,形成疲劳断裂。     

NiTi40合金微观组织结构的电子显微学分析

采用扫描电子显微分析(SEM)、电子背散射衍射分析(EBSD)、透射电子显微分析(TEM)、高分辨电子显微分析(HRTEM)、高角度环形暗场-扫描透射(HAADF-STEM)等技术手段,对NiTi40(60%Ni+40%Ti,质量分数)合金淬火态样品的微观组织结构进行分析。结果表明:NiTi40合金在950℃、150 min固溶水冷和1050℃、150 min固溶水冷的硬度值相近,为60~61 HRC,但微观组织结构有显著的区别。经950℃固溶水冷后,合金中的粗大第二相主要为NiTi2和Ni3Ti相,还有少量和NiTi2相互伴生的TiC相;经1050℃固溶水冷后,合金中的Ni3Ti相接近完全回溶的,粗大第二相主要为相互伴生的NiTi2及Ti C相。随着固溶温度的升高,合金的晶粒尺寸明显增大,合金晶界处的小晶粒在1050℃固溶时基本消失。经950℃固溶处理,晶内析出相主要为10~20 nm的Ni4Ti3相;经1050℃固溶处理,晶内析出相主要为几十至几百纳米的Ni4Ti3相。     

Mg-7Gd-5Y-1Nd-xZn-0.5Zr(x=0,1,2)挤压态合金微观组织和力学性能

采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜、高角度环形暗场?扫描透射,分析了Mg-7Gd-5Y-1Nd-xZn-0.5Zr(x=0,1,2,质量分数,%)挤压态合金微观组织结构和力学性能,旨在探索Zn对于合金性能影响的微观机制。结果表明:在Mg-7Gd-5Y-1Nd-0.5Zr合金中添加Zn元素,不仅形成LPSO结构,也促进了Mg5(RE,Zn)颗粒的析出,并与Zr形成Zn-Zr相。LPSO结构不仅能阻碍晶粒长大,细化晶粒;也能够阻碍动态再结晶,从而形成动态再结晶晶粒和变形晶粒共存的双模结构,动态再结晶晶粒为á0001?//ED织构,变形晶粒为á1010?//ED织构。微米级大尺寸Mg5(RE,Zn)颗粒会导致应力集中,引起裂纹的萌生,降低合金的塑性;均匀分布的亚微米级Mg5(RE,Zn)颗粒起第二相强化作用,并能钉扎晶界,阻碍晶粒长大。对比3种挤压态合金,Mg-7Gd-5Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金获得了最优的力学性能,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为365 MPa、276 MPa和17.5%。     

GH720Li时效态合金γ′相的微观形态和三维EBSD表征

GH720Li合金是航空发动机涡轮盘首选材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)对GH720Li双时效态合金中三种γ′相的微观形貌、结构和微区成分进行了研究。基于聚焦离子束-电子束双束系统并应用EBSD-EDS联用技术对合金γ相和一次γ′相进行了分析,并应用Avizo软件对一次γ′相进行了三维重构。获得了合金一次γ′相的三维形态以及形态参数,给出了一次γ′相的体积分数,并与二维切片的分析结果进行了对比。结果表明,合金基体相和一次γ′相都存在大量的Σ3孪晶界。一次γ′相在三维尺度上存在多种形态,一些较大尺寸γ′相在二维截面上呈现不连续分布。三维EBSD可更全面反映一次γ′相的真实形态。一次γ′相三维信息的获得为改进合金的热处理工艺提供了依据。     

Mg-7Gd-5Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金铸态及均匀化态微观组织

采用聚焦离子束定点切割技术(Focused ion beam,FIB),透射电镜(Transmission electron microscopy,TEM)、高角度环形暗场扫描透射电镜(High angle annular dark field scanning transmission electron microscopy,HAADF-STEM)和扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)等技术手段,对Mg-7Gd-5Y-1Nd-2Zn-0.5Zr合金铸态及(515℃,48 h)均匀化态的组织形貌进行观察分析。结果表明:铸态合金晶界共晶组织中含有(Mg,Zn)₃RE相(FCC,a=0.72 nm)、Mg₅(RE,Zn)相(FCC,a=2.24 nm)及块状长周期堆垛有序(Long-period stacking ordered,LPSO)相。其中LPSO相主要为18R结构,存在少量14H结构,局部区域存在少量不完整周期的LPSO结构;此外合金中存在分布于共晶相附近的微米级富RE相以及分布于晶粒内部的微米级富Zr颗粒。经过(515℃,48 h)均匀化热处理,晶界(Mg,Zn)₃RE相和Mg₅(RE,Zn)相完全回溶,残留相主要为14H-LPSO相,局部区域存在具有不同晶体结构的LPSO过渡相。在铸态合金的晶粒内部,沿[1120]_a晶带轴观察,发现存在几个原子面至纳米尺度的LPSO构建块,由不同数量的LPSO构建块单元(4个RE/Zn原子层)及Mg原子层交替堆垛构成,RE/Zn与Mg原子层堆垛次序不具备完整周期性;均匀化热处理后,晶内的LPSO构建块几乎回溶,仅剩下极少量单个LPSO构建块单元。沿[0001]_a晶带轴观察,晶粒内部存在多种分布方式的富RE/Zn原子柱,为Mg-Gd-Y系镁合金时效过程β′析出序列中GP区的早期结构。     

LPSO相对Mg-7Gd-5Y-1Nd-x Zn-0.5Zr(x=1,1.5,2)合金热压缩动态再结晶过程的影响

将Mg-7Gd-5Y-1Nd-x Zn-0.5Zr (x=1, 1.5, 2)铸态合金在510℃下均匀化热处理48 h，随炉冷却至480℃并分别保温0/1/8 h，利用扫描电镜（SEM）探究热处理后的组织形貌；对热处理后的合金样品进行一系列热压缩试验，并使用电子背散射衍射（EBSD）技术对热压缩后合金的动态再结晶情况进行研究。结果表明：炉冷+预析出热处理过程中，晶粒内部有片层状长周期堆垛有序（LPSO）相析出；晶界、晶界块状LPSO相及晶内片层状LPSO相均对动态再结晶的发生有促进作用，但其促进作用依次减弱，形核位置的优先级依次为晶界、块状LPSO相界面、片层状LPSO相界面。晶内片层状LPSO相的存在能够为动态再结晶提供潜在的形核质点，使动态再结晶晶粒能够从原始晶粒内部开始生长。晶内动态再结晶在片层状LPSO相界面处形核并长大，同时片层状LPSO相抑制了动态再结晶晶粒沿垂直片层方向的生长，使其只能在片层中间生长拉长，不再呈现等轴晶状。