镍基合金的析出相及强化机制

用结构分析和性能测试方法,研究了2种镍基合金（617和625）的时效析出相及强化机制。结果表明：在760℃时效过程中,617和625合金均析出面心立方结构的M23C6碳化物和面心立方有序结构的γ′相,M23C6碳化物分布于晶界和晶内,γ′相分布于晶内。此外,625合金还析出体心四方结构的γ″相。2种合金的晶内析出相（M23C6和γ′）稳定性好,617合金的晶界析出相（M23C6）在760℃时效3000 h后聚集长大,仍为不连续分布,可阻碍晶界滑移;625合金的晶界相（γ″相）随760℃时效时间延长数量增多。M23C6作为时效态617合金的主要析出相,弥散分布于晶界和晶内,有利于析出强化,从而提高了617合金的强度和硬度。γ″相作为625合金中的强化相,γ″相与基体（γ）之间的点阵错配度大,共格应力导致的强化作用明显,导致时效态合金的高屈服强度和硬度。     

结构钢中含铜析出相的时效强化作用

观察并研究了高纯Fe-1．03wt％Cu和Fe-1．65wt％Cu合金中含铜粒子的时效析出对屈服强度的影响、析出粒子尺寸的分布、以及析出粒子对位错运动的阻碍作用。用Frank-Read强化理论分析了析出粒子与屈服强度的定量关系。结果表明，析出粒子是含有一定铁的亚稳Cu-Fe相，且具有一定的塑性变形能力，从而使得含铜钢能在高强度的前提下仍具有高塑性的特征。含铜析出粒子不是刚性粒子，因而其强化效应低于传统的刚性化合物析出粒子。但析出粒子中含较多的铁，可促使粒子体积量明显增多，因此仍能实现很高的整体强化效应。增加析出粒子中的铜含量可以提高粒子对位错运动的阻力及与之相应的屈服强度。     

添加元素Cu对Al-Mg-Si合金析出相行为的影响

研究了添加元素Cu对6082Al-Mg-Si合金时效过程及微观组织变化的影响.结果表明,添加元素Cu后提高了Al-Mg-Si合金的峰值硬度,同时缩短了合金达到峰值硬度的时间.根据透射电镜及三维原子探针的观察可知,经过170℃时效2h后,添加元素Cu的Al-Mg-Si合金中所形成的β"析出相中有Cu原子的富集,而未添加元素Cu的合金仍以GP区为主.170℃时效8h后,在含0.6%Cu合金中形成了明显的板条形Q'析出相.     

沉淀强化钢中两相区NiAl相和富Cu相的析出特点

沉淀强化钢在900℃固溶2 h后水淬,500℃时效1 h,利用原子探针层析技术(APT)研究了残余奥氏体和马氏体两相区强化相的析出特点.结果表明,残余奥氏体中没有析出相,马氏体和马氏体/残余奥氏体界面处均有强化相析出,马氏体中靠近界面处有一层析出贫化区.界面处强化相的等效半径和间距均大于马氏体中的强化相,界面处富Cu相和Ni Al相中Cu,Ni和Al的含量均大于马氏体中的富Cu相和Ni Al相,而且界面处富Cu相和Ni Al相的分离趋势要大于马氏体,这是因为界面处存在大量缺陷,促进了强化相的长大,使得界面处和马氏体中的强化相处于长大的不同阶段.     

Al-Sc及Al-Sc-Zr合金的析出强化行为

研究熔铸态Al-Sc及Al-Sc-Zr合金在300℃时效不同时间的析出强化行为。显微硬度测试结果表明,两种合金显微硬度均出现了明显的强化,其中Al-Sc-Zr合金达到析出强化峰值的时间明显短于Al-Sc合金,且在峰值持续更长的时间,表明其热稳定性更好。三维原子探针结果表明,时效初期Zr的添加可促进Sc元素的偏聚,加速Al-Sc-Zr合金析出强化进程;时效后期Zr元素在Al3Sc与基体界面处富集,阻碍了析出相的长大,使Al-Sc-Zr合金在300℃长时间保持较高强度。     

利用APT对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的研究

提高了Cu含量的核反应堆压力容器（RPV）模拟钢经过880℃水淬和660℃调质处理,在370℃时效不同时间后,利用原子探针层析技术（APT）进行分析.结果表明:样品经过1150 h时效后,富Cu团簇正处于析出过程的形核阶段;经过3000和13200 h时效后析出了富Cu团簇,团簇的平均等效直径分别为1.5和2.4 nm,团簇中Cu的平均浓度分别为45%和55%（原子分数）,团簇的数量密度约为4.2×10²²m^-3;样品经过13200 h时效后,α-Re基体中的Cu含量为（0.15±0.02）%,仍然高于Cu在α-Fe中平衡固溶度的理论计算值,说明这时富Cu团簇的析出过程还没有达到平衡.对渗碳体的分析结果表明,Ni,Si和P偏聚在渗碳体和α-Fe基体的相界面附近,Mn,Mo和S富集在渗碳体中;并没有观察到Cu在相界面上偏聚的现象.     

利用APT对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的研究

提高了Cu含量的核反应堆压力容器（RPV）模拟钢经过880℃水淬和660℃调质处理,在370℃时效不同时间后,利用原子探针层析技术（APT）进行分析.结果表明:样品经过1150 h时效后,富Cu团簇正处于析出过程的形核阶段;经过3000和13200 h时效后析出了富Cu团簇,团簇的平均等效直径分别为1.5和2.4 nm,团簇中Cu的平均浓度分别为45%和55%（原子分数）,团簇的数量密度约为4.2×10²²m^-3;样品经过13200 h时效后,α-Fe基体中的Cu含量为（0.15±0.02）%,仍然高于Cu在α-Fe中平衡固溶度的理论计算值,说明这时富Cu团簇的析出过程还没有达到平衡.对渗碳体的分析结果表明,Ni,Si和P偏聚在渗碳体和α-Fe基体的相界面附近,Mn,Mo和S富集在渗碳体中;并没有观察到Cu在相界面上偏聚的现象.     

Ni对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响

用原子探针层析技术和时效模拟方法,研究了不同Ni含量并且提高了Cu含量的反应堆压力容器（RPV）用模拟钢中富Cu、富Ni和富Mn原子团簇的形成。结果表明,提高钢中的Ni含量会促使富Cu原子团簇的析出,富Cu原子团簇中含有Ni和Mn。实验检测到富Ni的原子团簇,团簇中含有Cu和Mn,富Ni原子团簇可以作为富Cu原子团簇析出时的形核区。实验还检测到富Mn原子团簇,当Mn原子团簇中含有较高的Ni时,它也可以成为富Cu原子团簇析出时成核的地方。由于钢中的合金元素Ni在形成富Ni原子团簇后会成为富Cu原子团簇析出时成核区,因而提高Ni的含量将促进富Cu原子团簇的析出,这是合金元素Ni会增加压力容器钢中子辐照脆化敏感性的本质原因。     

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。     

具有盘状析出相铝合金的时交强化模型

以析出热力学、长大动力学及强化理论为基础,研究了具有盘状析出相的铝合金在时效过程中的析出相尺寸、体积分数变化及其对时效合金强化效果的影响,得到了合金成分、时效参数与组织参数、屈服强度间的解析关系式,进而从微观与宏观相结合的角度建立起了具有盘状析出相铝合金的时效工艺－屈服强度量化模型,并将该模型应用于Al-Cu二元系列合金的时效性能预测,取得了较满意的结果。同时,由数据的归纳和组合得出了Al-Cu二元系列合金中盘状析出相临界形核能垒的简易求解式f（△G,x0/xc）＝常数,有助于该模型的普遍适用化。     

Al-Mg-Si合金时效早期显微组织演变及其对强化的影响

采用显微硬度测试、HRTEM和原子探针层析技术(APT)等测试手段分析了核元件燃料包壳备选材料LT24铝合金在180℃人工时效早期显微硬度、组织变化及析出序列中析出物的Mg与Si原子比(r).结果表明,在180℃时效初期,合金的硬度显著增加,析出高数量密度的溶质原子团簇和球状Guinier-Preston(GP)区;时效4 h后达到硬度峰值,析出物以高数量密度的针状β″相为主;进一步时效,合金处于一硬度平台,析出物仍以β″相为主.随时效时间的延长,析出相逐渐长大,r逐渐增加,β″相中r在1.23~1.35之间,β″相对合金的强化起最重要作用.在早期时效过程中合金析出物的析出序列为过饱和固溶体→溶质原子团簇→溶质原子团簇+GP区→溶质原子团簇+GP区+β″相.     

沉淀强化型奥氏体钢中γ'相的析出过程

将沉淀强化型奥氏体钢在980℃固溶1 h后淬火,然后在500~850℃时效4 h,750℃析出强化效果最好。结合透射电子显微镜(TEM)和场离子显微镜(FIM),用原子探针层析技术(APT)研究强化相析出过程。结果表明,析出相为球形,是与基体共格的面心立方结构的γ'-Ni3(Al,Ti)相。随着时效温度提高,析出相尺寸增大,密度降低,Al元素和Ti元素在析出相与基体中的分配比逐渐提高,Ti元素的分配比明显高于Al元素,表现出更强的析出倾向。     

RPV模拟钢中纳米富Cu相的析出和结构演化研究

提高了Cu含量的核反应堆压力容器(RPV)模拟钢经过880℃水淬和660℃调质处理后,在370℃时效6000 h,利用HRTEM,EDS和原子探针层析(APT)方法研究了纳米富Cu相的析出过程和晶体结构演化.观察到Cu原子在α-Fe基体的{110}晶面上以3层为周期发生偏聚,并产生了很大的内应力使晶格发生畸变,这是富Cu相析出时的形核过程;随着Cu含量的增加和富Cu区的扩大,内应力也随着增大,富Cu区沿着α-Fe基体的{110}晶面发生切变,形成了ABC/BCA/CAB/ABC排列的多孪晶9R结构;Cu含量继续增加,富Cu相最终转变为fcc结构.富Cu相的尺寸在1-8nm范围内,数量密度为0.71×10~(23)m~(-3).富Cu相中还含有3%- 8%(质量分数)的Ni和Mn.并且在相界面上发生偏聚,从而抑制了富Cu相的长大.     

15-5PH不锈钢在580℃时效过程中的析出强化行为

对15-5PH不锈钢进行了1 040℃×1 h水冷的固溶处理,随后于580℃时效不同时间。利用维氏硬度计、光学显微镜和原子探针层析技术(atom probe tomography, APT)研究了不锈钢时效过程中析出相演变规律及其对硬度的影响。结果表明：时效初期,15-5PH不锈钢的硬度迅速上升并在时效5 min后达到峰值411.0 HV0.5,随后快速下降。时效5 min的钢中富Cu相的数量密度大,强化作用明显,硬度达到峰值。随着时效时间的延长,富Cu相逐渐粗化,强化作用减弱,硬度迅速下降。时效过程中Nb(C,N)颗粒与富Cu相分布在相邻位置,且随着时效时间的延长,铌碳氮化物不断析出长大,元素富集程度不断提高。     

时效温度对Super304H钢析出相的影响

利用扫描电子显微镜、电子探针、X射线衍射和透射电镜研究了新型奥氏体耐热钢Super304H在高温时效条件下析出相的变化.结果表明,Super304H钢经700～1250℃时效后,组织中出现4种析出相:Nb(C,N)、富Cu相、M_(23)C_6和NbCrN.随时效温度的不同,析出相发生析出或溶解的变化,同时它们的形态、分布和数量随温度变化呈现出不同的变化规律,其中M23C6在700～900℃主要沿晶界析出,这将会降低钢的高温蠕变强度及抗晶间腐蚀性能.     

改善铝合金中富Fe相析出形态的技术进展

总结了改善铝合金中富Fe相析出形态的技术进展。指出通过添加稳定化元素、工艺控制等可以优化富Fe相的析出形态并使颗粒细化,促使其发挥颗粒增强的作用,有利于改善铝合金的性能。展望了高Fe含量铝合金材料的研究与开发前景,并提出该类材料将成为新的研究热点之一。     

快凝钛合金中富Nd弥散相的析出及其长大规模

系统研究了热处理对Ｔｉ－５Ａｌ－１．５Ｎｄ，Ｔｉ－５Ａｌ－４Ｓｎ－１．５Ｎｄ（质量分数，％）两种钛合金中析出相长大规律的影响．结果表明，含Ｎｄ的钛合金的快凝态基体中分布着大量近球状的析出相，并沿晶体的晶界、亚晶界、位错线等处呈串状析出．在６５０－８００℃温度范围内经不同时间热处理后，析出相逐渐聚集长大，但长大速度都很慢．Ｔｉ－５Ａｌ－１．５Ｎｄ合金中析出相为立方的Ｎｄ_２Ｏ_３，其长大激活能为１１７ｋＪ／ｍｏｌ．加入Ｓｎ后，析出相的分布更加弥散，析出相中Ｎｄ和Ｓｎ的平均原子比为１．３７：１，经衍射花样的标定，判定为正交的Ｎｄ_５Ｓｎ_４，其长大速度更慢，长大激活能为１７０ｋＪ／ｍｏｌ．     

新型铜析出强化结构钢的研究

以Ｃｕ单一合金化为基本设想，初步探索了Ｆｅ１６５％Ｃｕ高纯净结构钢的力学性能。结果表明，这种结构钢强度高、塑性好，具有良好的发展前景     

Cu对6082Al-Mg-Si合金时效初期析出相的影响

采用透射电镜及三维原子探针研究元素Cu对6082Al-Mg-Si合金170 ℃时效初期GP区的影响.研究结果表明:添加元素Cu的Al-Mg-Si合金经170 ℃时效30 min后在合金中形成了大量由Mg、Si和Cu 3种元素组成的GP区,元素Cu的存在促进了合金时效初期GP区的形成,但并没有改变GP区中Mg和Si的摩尔比,Cu原子存在的GP区中Mg和Si的摩尔比仍然接近1.添加元素Cu的合金经170 ℃时效30 min后,合金中还出现短针状的预β″相.