Si对9Cr型铁素体/马氏体钢析出相和力学性能的影响

研究了Si含量对9Cr型铁素体马氏体(F/M)钢析出相和力学性能的影响。结果表明：在不同Si含量的9Cr型F/M钢中析出相均为M₂₃C₆、MX和Laves相，Si能促进Laves相和M₂₃C₆型碳化物的析出。Si含量为0.9%～1.2%的这种钢其拉伸强度和延伸率略有降低，冲击性能维持稳定；Si含量为1.2%～1.8%时，Si的固溶强化和析出相的沉淀强化使钢的拉伸强度提高。但是，随着Si含量的进一步提高Laves相和M₂₃C₆型碳化物大量析出，使其冲击功显著衰退。     

18Cr10NiNb耐热钢析出相的热力学计算和平衡相分析

将18Cr10NiNb耐热钢在650℃进行10,000h的时效试验,用扫描电镜和透射电镜分析了18Cr10NiNb奥氏体耐热钢的组织,通过热力学计算研究了500-1400℃碳、铌和氮含量的变化对平衡析出相的影响。结果表明:在18Cr10NiNb钢的时效过程中在晶内析出了富Nb的MX相,在晶界析出了富Cr的M_(23)C_6相。根据热力学计算,其平衡析出相为MX,M_(23)C_6和σ相。MX相和M_(23)C_6型碳化物的最高溶解温度分别约为1340℃和840℃。MX相的数量随C和Nb含量的提高而增加。σ相的数量随着C含量的提高而减少。添加0.2%的N元素后,MX相为含有N、Nb、Cr和少量C的复杂碳氮化物,且在其平衡组织中出现了Cr_2N相。     

冷却速度对铁素体贝氏体钢组织性能的影响

以普通低碳钢为研究对象,通过控制轧制及加速冷却实验研究了实验钢的组织及力学性能。结果表明,冷却速度达到35℃／s时,实验钢的组织由约30％的贝氏体和约70％的等轴铁素体组成,铁素体平均品粒尺寸约为8μm,贝氏体铁素体板条宽度约为0．1μm,贝氏体铁素体内有碳化物析出。具有贝氏体和铁素体组织的复相钢主要强化机制为细晶强化和贝氏体相变强化,其屈服强度达到400MPa,且具有较低的脆性转变温度。     

加速冷却生产铁素体贝氏体低碳钢的实验研究

以普通低碳钢为研究对象,通过控制轧制及加速冷却实验研究了实验钢的组织及力学性能。结果表明,冷却速度达到35℃／s时,实验钢的组织由约30％的贝氏体和约70％的等轴铁素体组成,铁素体平均晶粒尺寸约为8μm,贝氏体铁素体板条宽度约为0．1μm,贝氏体铁素体内有碳化物析出。具有贝氏体和铁素体组织的复相钢主要强化机制为细晶强化和贝氏体相变强化,其屈服强度达到400MPa,且具有较低的脆性转变温度。     

正火温度对含硅型高铬马氏体耐热钢性能的影响

以一种硅和碳量分别为1.5%和0.32%的含硅型高铬马氏体耐热钢为对象,研究了正火温度对其组织和力学性能的影响。结果表明,实验钢中的大量碳化物在980℃以上正火时溶解,热膨胀曲线上发生额外膨胀现象,回火后沿板条界析出杆状和粒状两种形态碳化物;在1030-1100℃正火并回火后沿晶界析出的含硅Cr23C6碳化物易粗化,呈链状分布于晶界;正火温度低于1030℃时拉伸强度随着温度的提高而提高,在更高温度下正火基本保持不变;随着正火温度的提高,冲击韧性总体呈降低趋势,分布在晶界的大尺寸链状含硅碳化物弱化晶界是冲击韧性快速降低的主要原因。     

Al对GH4169合金冲击性能的影响

研究了Al对GH4169合金晶界相的析出和冲击性能的影响.结果表明,提高Al含量可抑制晶界δ相的析出,促进晶界Laves相、M7C3相和σ相等有害相的析出;随着Al含量的提高,GH4169合金的室温冲击性能明显降低,冲击断口由穿晶型转变为沿晶型.提高Al含量所导致的Laves相等有害脆性相的析出降低了晶界强度,使晶界裂纹更容易萌生和扩展,降低了GH4169合金的冲击韧性.     

碳对高温钛合金Ti-60组织和性能的影响

在Ti-60合金中碳的加入量大于0.17%时,组织中析出TiC结构的碳化物.在α β相区再结晶,碳偏聚于初生α(αp)相,导致碳化物主要在β转变组织中析出,其析出的百分数取决于αp体积分数.在β相区热处理,析出的碳化物钉扎β原始晶界,阻碍β晶粒的长大.β晶粒尺寸D、碳化物颗粒直径d和体积分数f三者遵循D/d∝f-1/3关系.随着碳含量的增加,β晶粒尺寸减小,α'片层通过界面迁移迅速长大以及形成α片层的合金元素的扩散速度加快,导致α'或α片层的厚度增加.碳的加入量小于0.09%时,碳完全固溶于基体中,产生固溶强化,β晶粒细小,导致合金的强度和蠕变抗力提高.碳含量增加导致粗大碳化物颗粒的析出,变形时产生应力集中使合金的塑性和蠕变性能降低.     

时效对18Cr2Ni4WA钢微观组织的影响

用透射电镜和Ｘ－射线能谱仪对经自然和人工时效的１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ钢的微观组织、析出相及其分布进行了研究。结果表明，在应力作用下，组织的回复趋于不均，沿晶界析出的脱溶物增多。回复较充分的铁素体板条中析出粗大的（Ｆｅ、Ｃｒ）３Ｃ，局部均匀分布；回复不充分处，沿晶界还析出长杆状的（Ｆｅ、Ｃｒ）３Ｃ和更细小的杆状Ｗ２Ｃ。时效后组织中元素Ｃ、Ｃｒ和Ｗ趋于沿晶界偏聚，其中Ｗ几乎全部以碳化物的形式存在于晶界附近。析出相（Ｆｅ、Ｃｒ）３Ｃ的［００１］晶带轴与α铁素体的［１２１］晶带轴近似平行。晶界脆性相的增多是该材料的螺栓在服役期间变脆和在腐蚀环境下失效的内在原因。     

低合金超级贝氏体钢组织形态的研究

针对贝氏体研究中的超级贝氏体组织,设计了试验用钢70MnSi2CrMo,经低温等温处理,获得贝氏体铁素体+残余奥氏体的组织,利用X射线衍射XRD、扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM等仪器对其进行相组成和形态的检测分析.结果表明:在马氏体转变开始温度Ms点稍上的中低温区等温处理,贝氏体铁素体沿γ相晶界转变,无碳化物析出;α相转变排碳导致成分起伏,α/γ交界处过冷奥氏体稳定性增加,难以转变成马氏体;贝氏体铁素体的转变特征、过饱和的碳浓度、高密度位错、以及纳米尺寸相界面和亚结构等,影响着超级贝氏体钢的力学性能.     

新型多尺度碳氮化物强化马氏体耐热钢的稳定性

提出了一种新型多尺度碳氮化物强化马氏体耐热钢的组织模型。首先,通过降C和去除Mo、B的成分设计原则,分别抑制M₂₃C₆长大动力学,进而降低其粗化速率;抑制(Fe, Cr)₂Mo型Laves相的形成,进而降低M₂X型Laves相的粗化速率;减少硼化物脆性相的生成等,以优化组织结构。其次,通过改进形变诱导析出+热处理的方法,最终获得尺度主要分布在50 nm以下和100~200 nm这两个范围内的形状多样的碳氮化物析出相。本工作研制的新型碳氮化物强化马氏体耐热钢由于含有多尺度碳氮化物的不同强化机制,基体位错密度提高,亚晶界强化作用增强。经650 ℃高温时效1 000 h,其马氏体板条未发生明显变化,基体表现出优良的高温稳定性。同时与传统工艺制得的耐热钢相比,其初始强度基本不变,但随着高温时效时间的延长,其硬度降低较小,性能退化缓慢。     

热处理工艺对预硬型模具钢组织转变的影响

利用热膨胀仪对实验预硬型塑料模具钢的不同热处理工艺进行模拟,并对其组织及原奥氏体形貌进行观察,同时用扫描电镜及透射电镜对组织内的碳化物进行能谱分析,研究发现,晶粒度对实验钢淬透性影响很小.880℃保温得到的铁素体组织的晶界处存在碳的Cr-Mn-Fe型化合物,少部分碳化物中还发现有Mo元素的存在,碳化物中出现Mo元素后,Cr及Mn元素含量也随之增加.这些碳化物容易诱发铁素体形核并长大,而硼元素难以抑制此类铁素体的生成.920℃保温碳化物溶入基体后,铁素体将不再产生.     

X20CrMoV12.1钢的组织结构和缺口疲劳强度

用扫描电镜和透射电镜观察X20CrMoV12.1耐热钢在545℃长期运行后的微观组织结构变化,研究了不同运行时间后材料的缺口疲劳强度和硬度.结果表明:经过高温长期运行后,X20CrMoV12.1钢的组织明显退化,其显微组织由原来的马氏体板条结构和弥散分布的细小碳化物逐步转变为亚晶粒和分布在晶界上的粗化球形碳化物组织;随着在高温下运行时间的增加,耐热钢的显微硬度和疲劳强度逐渐降低.其原因是基体中固溶体主要合金元素Cr,Mo,V发生贫化,固溶强化效果降低,沿晶界分布的粗化球形碳化物弱化了材料晶界强度,从而导致X20CrMoV12.1耐热钢高温服役寿命下降.     

硅在高硅马氏体型热作模具钢中作用机理研究

为了研究硅在马氏体型热作模具钢中的作用机理,冶炼了一种高硅马氏体型热作模具钢SDH3.借助TEM和3DAP微观分析设备研究了SDH3钢的显微组织特征以及合金元素的分布特点.实验结果表明:适当提高硅含量能有效增加和稳定H13钢中残余奥氏体;残余奥氏体可细化马氏体板条,提高SDH3钢的强韧性;硅在碳化物周围富集,降低了碳在铁素体中的扩散速率,阻碍碳化物的长大和粗化,有效地提高了SDH3钢的回火稳定性.另外,由于硅降低碳的析出阀值而提高了碳的扩散阀值,在回火时促进碳化物提前从α-Fe晶格间隙弥散析出而又不易聚集长大,也增加了钢的回火稳定性.     

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。     

低活化铁素体/马氏体耐热钢中MX型碳氮化物强化研究进展

低活化铁素体/马氏体耐热(RAFM)钢在强辐照条件下仍具有良好的力学性能、导热性及抗热膨胀性,被认为是目前核聚变反应堆的首选结构材料,但是其较低的高温蠕变抗力和抗辐照性能极大限制了其使用温度,进而影响了核聚变反应堆的转换效率。纳米级MX型碳氮化物作为钢中重要的强化相,在高温下仍具有良好的稳定性,能够有效阻碍位错的运动及湮灭,可以有效提高钢的高温蠕变性能。此外,纳米级MX型碳氮化物的析出还可以增加钢中的界面比,而界面是良好的缺陷陷阱,可以有效诱捕辐照产生的离位原子、空位等点缺陷,从而提高钢的抗辐照性能,因此进一步增加钢中的MX型碳氮化物含量被认为是提升RAFM钢力学性能的有效途径。目前,提高RAFM钢中MX型碳氮化物强化最有效的方式主要有三种:氮化物强化工艺、形变热处理工艺(TMT)和Ti元素的添加工艺。三种工艺均能有效提高钢的高温拉伸及蠕变性能,但它们对钢综合力学性能的影响并不完全相同。氮化物强化工艺主要是通过降低钢中的C含量同时提高N含量,从而达到促进MX型碳氮化物析出的目的。但由于钢中的N含量较高,极易形成粗大的TaN夹杂,在低温条件下,钢的临界裂纹尺寸会大幅降低,TaN夹杂就会成为冲击过程的裂纹源,从而使钢的韧脆转变温度(DBTT)大幅升高。TMT工艺主要是将钢加热到奥氏体化温度以上进行保温,使钢中碳化物充分溶解,之后降温至M_(23)C_6型碳化物熔点以上,对钢引入较大的变形量,从而产生大量位错,促进MX型碳氮化物的形核。由于较高的固溶温度和较大的变形量,TMT处理后,钢具有较大的晶粒尺寸和较高的应力状态,从而使钢的冲击性能大幅降低。Ti元素添加工艺主要是在钢中引入Ti元素,Ti是良好的碳氮化物形成元素,在钢中极易与C、N元素结合形成MX型碳氮化物,从而提高钢中的MX型碳氮化物含量。与氮化物强化及TMT工艺不同,Ti元素添加后,钢中并未出现粗大的夹杂物及过大尺寸的晶粒,其表现出最佳的综合力学性能,与传统RAFM钢相比,其高温力学性能及室温冲击性能均大幅增加,仅DBTT值略有升高。本文从强化机理出发,重点介绍了近年来MX型碳氮化物强化RAFM钢的发展情况,并分析对比了三种MX型碳氮化物强化工艺对钢综合力学性能的影响。此外本文还指出了RAFM钢未来发展过程中可能遇到的其他问题,并对今后的研发重点进行了简要的分析。     

δ铁素体对ZG1Cr10MoWVNbN耐热钢持久强度的影响

通过对不同淬火温度的ZG1Cr10MoWVNbN耐热钢试样进行高温蠕变持久试验和金相分析,研究了δ铁素体对其持久强度的影响。结果表明:该耐热钢中的δ铁素体呈带状分布,降低了马氏体基体的连续性,使得该钢持久强度下降,并且δ铁素体含量越高,试样持久试验时间则越短;同时由于δ铁素体中固溶了大量合金元素,降低了马氏体基体中的合金元素含量,减弱了马氏体耐热钢的固溶强化和沉淀强化作用,这也会降低该钢的高温持久强度。     

基于S35140钢的超低碳成分设计和力学性能研究

S35140钢是一种基于25Ni-20Cr的奥氏体耐热钢,为了获得高强度,通常会提高碳含量,但碳含量较高不利于高温时效稳定性和长期耐腐蚀性能.本文在S35140钢的基础上,大幅度降低碳含量,并通过调控N和Nb等微合金元素含量,以及加入Ti元素,促使析出新的强化相,弥补减少碳含量所导致的强度降低.同时引入一定量的Al元素...     

Hastelloy C-276中碳化物析出及晶界贫Mo规律研究

研究了Hastelloy C-276在550,750,800℃等温时效不同时间后的相析出及晶界附近Mo的质量分数变化规律,结果表明:M6C型碳化物在较短时间内会沿晶界析出,且随碳化物的不断析出晶界附近Mo的质量分数会不断降低直到某一最小值(约为6%),然后开始升高.由于镍基耐蚀合金中Mo元素含量对其耐蚀性能有重大影响,...     

Nb、Ti微合金钢中碳氮化物固溶与再析出的研究

利用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)研究了再加热温度、奥氏体区变形温度和组织转变温度的变化对Nb、Ti微合金钢组织性能及其碳氮化物固溶与再析出行为的影响.结果表明:钢中加入铌,主要利用铌的碳氮化物在奥氏体形变过程中的再析出,抑制形变奥氏体的再结晶,在随后的组织演变过程中细化了组织;而钢中加入较高含量的钛,主要利用钛的碳化物在铁素体中的析出,产生明显的沉淀强化作用.这主要是铌、钛的碳氮化物固溶后,在奥氏体和铁素体中再析出的不同所造成的.钢中复合加入Nb-Ti后既起到细化晶粒的作用,又起到析出强化的作用.细晶强化既提高钢的强度又提高钢的韧性,但沉淀强化在大幅提高钢的强度的同时恶化了钢的韧性.     

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。