Nb/Ti/Zr/W对310S奥氏体不锈钢析出相行为和力学性能的影响

为了提高310S不锈钢的高温组织稳定性,本工作系统研究了微量合金化元素(Nb, Ti, Zr和W)对310S析出相行为和力学性能的影响。设计的系列合金经过1423K热轧、1423K/0.5h固溶、1173K/0.5h稳定化处理,最后进行973K/408h时效处理。研究结果表明:W可有效提高合金的高温组织稳定性,而过量Mo元素的添加会加速Cr 23 C 6向σ转变;添加Ti和Zr可细化基体晶粒,但Ti会促使时效过程中大量脆性相的析出,严重降低合金的高温组织稳定性,从而恶化合金力学性能。Fe-25Cr-22Ni-0.73Mo-0.35Nb-0.046C (质量分数/%)合金展现出优异的高温组织稳定性和力学性能(σ YS =237MPa,σ UTS =545MPa,δ=39%),有望作为超临界水冷堆核燃料包壳的候选材料。     

Mo/Nb/Ti/Zr微合金化对Fe-Cr-Al不锈钢第二相析出和显微硬度的影响

研究了Mo/Nb/Ti/Zr微合金化对Fe-Cr-Al不锈钢中第二相的析出和显微硬度的影响。通过团簇式成分设计方法确定了三元基础成分为[Al-(Fe_(12)Cr_2)](Al_(0.5)Cr_(0.5)),进而根据相似元素替代原则添加微量元素设计出系列多元成分合金。使用真空电弧熔炼炉制备合金铸锭并对其进行1200℃/2 h的固溶处理,在800℃进行多道次热轧制成板材,最后进行800℃/24 h时效处理。对系列样品进行XRD结构分析、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)显微组织表征以及显微硬度测试。结果表明,添加微量合金化元素的种类和含量影响第二相粒子的析出状态。当合金化元素Mo与Nb的比例(原子百分比)为2:1时析出的第二相粒子在铁素体基体中弥散分布,且粒子尺寸较小,不锈钢的硬度较高为250 HV;在此基础上添加Ti替代Nb使第二相粒子的析出量显著降低而粒子尺寸略有增大,不锈钢的硬度较低为240 HV;添加Zr使析出相的粒子偏聚且粗化,但是其硬度仍然比较高(~246 HV)。     

微量Ta和Zr对Fe-Cr-Al系不锈钢高温组织稳定性的影响

用团簇成分式方法对Fe-Cr-Al-Mo-Nb合金进行成分解析,并在此基础上确定了Fe-Cr-Al三元基础成分式Fe_(75)Al_(9.375)Cr_(15.625)(at.%),进而添加Mo、Nb、Ta和Zr元素替代部分Cr元素。采用真空电弧熔炼制备设计的母合金锭,然后进行1200℃/2 h固溶处理,进而在800℃进行多道次热轧成板,再进行800℃/24 h时效处理,最后在不同温度进行高温固溶处理,研究了微量元素添加对合金高温组织稳定性的影响。结果表明,对于800℃/24 h时效的Mo/Nb/Ta/Zr合金化样品,第二相(Laves相)粒子均弥散分布于铁素体基体中。1000℃/1 h再固溶处理,使系列合金中的第二相粒子发生回溶,至1200℃/1 h固溶后只含有Mo/Nb的合金中的第二相粒子已全部溶入到基体中,而在Ta和Zr微合金化的样品中仍有第二相粒子存在于基体的晶界处,有效抑制了基体晶粒在高温下异常长大,从而提高基体的组织稳定性和合金在高温下的力学性能。     

Ti,Nb和W复合强化超纯铁索体不锈钢的高温析出行为

为提高汽车尾气排放系统中高温端排气歧管等所用铁素体不锈钢的综合性能,采用真空熔炼制备Ti,Nb和W复合强化的超纯铁素体不锈钢(不含Ni),并利用硬度和力学性能测试、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析研究固溶态材料在550,600℃和700℃的时效硬化规律、拉伸性能以及时效析出行为.600℃时效40h之后材料力学性能达到最佳值,在晶粒内部和晶界区域弥散分布着两种形态的纳米析出相,一种是呈不规则颗粒状的(Ti,Nb)C,另一种是呈长条状的Laves相Fe2(Nb,W);这两种析出相与铁素体基体均存在固定的晶体学取向关系,即[011]Fe∥[011](Ti,Nb)c和(0(-1)1)Fe∥(200)(Ti,Nb)C(晶面偏差约3°)以及[011]Fe∥[0001]Fe2(Nb,w)和(200)Fe∥(01(-1)0)Fe2(Nb,w)(晶面偏差4°～5°).随时效温度提高,析出相的尺寸增大,且析出相由(Ti,Nb)C逐渐转变为Fe2 (Nb,W).     

Ti,Nb和W复合强化超纯铁素体不锈钢的高温析出行为

为提高汽车尾气排放系统中高温端排气歧管等所用铁素体不锈钢的综合性能,采用真空熔炼制备Ti,Nb和W复合强化的超纯铁素体不锈钢(不含Ni),并利用硬度和力学性能测试、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析研究固溶态材料在550,600℃和700℃的时效硬化规律、拉伸性能以及时效析出行为。600℃时效40h之后材料力学性能达到最佳值,在晶粒内部和晶界区域弥散分布着两种形态的纳米析出相,一种是呈不规则颗粒状的(Ti,Nb)C,另一种是呈长条状的Laves相Fe_2(Nb,W);这两种析出相与铁素体基体均存在固定的晶体学取向关系,即[011]Fe∥[011](Ti,Nb)C和(0 11)Fe∥(200)(Ti,Nb)C(晶面偏差约3°)以及[011]Fe∥[0001]Fe2(Nb,W)和(200)Fe∥(01 10)Fe_2(Nb,W)(晶面偏差4°~5°)。随时效温度提高,析出相的尺寸增大,且析出相由(Ti,Nb)C逐渐转变为Fe2(Nb,W)。     

钽元素对Co-8.8Al-9.8W合金微观组织和力学性能的影响规律

为了研究合金化Ta(钽)元素对Co-8.8Al-9.8W高温合金微观组织和力学性能的影响,通过对Co-8.8Al-9.8W-xTa(x=0,1,2,4,6,原子分数,％,下同)合金微观组织和室温压缩性能的研究发现:铸态合金组织由γ基体相和衬度较亮的晶间相组成,枝晶间析出的白色衬度晶间相随着Ta含量的增加逐渐增多,并与γ基体相呈现出典型的共晶组织.经过1300℃/4 h的固溶处理和900℃/50 h的时效热处理,γ基体上析出均匀细小的γ'强化相,并且随Ta元素含量的增加,团簇状二次相(μ相、x相和β相)逐渐增多.Co-8.8Al-9.8W-xTa(x=0,1,2,4,6)合金在铸态和热处理状态下的显微硬度均随着Ta含量的增加而增加,其中,6Ta合金在铸态和热处理状态下均表现出最大的显微硬度,分别为567 HV和625 HV.室温压缩下,除1Ta合金外,其他合金的屈服强度σ0.2随着Ta元素含量的增加而逐渐增大,6Ta合金表现出1259 MPa的最大屈服强度;合金的极限抗压强度随着Ta元素含量的增加而先增大后减小,且在4Ta合金中表现出2522 MPa的最大抗压强度;所有合金中2Ta合金表现出22.95％的最大塑性变形能力.     

时效处理对4A双相不锈钢σ相析出及性能的影响

对固溶处理后的4A双相不锈钢(DSS4A)进行不同温度(750~900℃)的等温时效处理,利用OM观测各个时效温度下σ相的析出行为,重点观测了σ相在850℃时效不同时间(1h、2h和4h)的析出过程,并通过SEM、EDS和TEM等检测手段对850℃、4h时效处理后的σ相析出形貌进行分析,揭示了σ相的析出特征及形成机理。最后对时效条件下4A双相不锈钢的力学性能和耐蚀性能也进行了相应研究。结果表明:σ相富Cr、Mo而贫Ni,属于四方结构,由高温铁素体分解而成;σ相析出量随时效温度的升高先增加后降低并在850℃时达到峰值,同一温度下时效时间越长,σ相析出越多;σ相使材料硬度提高,但材料抗拉强度、冲击韧性和耐腐蚀性整体呈下降趋势,其中冲击韧性对σ相析出尤为敏感。     

卷取温度对高Nb微合金钢组织、力学性能及第二相析出的影响EI北大核心CSCD

采用扫描电镜(SEM)、力学性能测试试验机和透射电镜(TEM)对一种高Nb微合金钢在400,450℃和500℃不同卷取温度下的组织、力学性能和第二相析出行为进行研究。结果表明:随着卷取温度的降低,卷取过程中过冷奥氏体转变所得贝氏体组织分别为粒状贝氏体(GB)、板条贝氏体铁素体(BF)+GB和板条BF。不同卷取温度下的实验钢析出的第二相主要为(Nb,Mo)C在位错线上的随机析出,部分区域观察到不同程度的相间析出。随着卷取温度的降低,(Nb,Mo)C析出量减少,粒子平均尺寸增大。随着卷取温度的升高,抗拉强度和屈服强度提高,低温冲击韧性下降。强度提高是由于尺寸小于10nm的(Nb,Mo)C大量析出产生的析出强化。     

热处理对Ti35Nb3.7Zr1.3Mo合金的组织与性能影响

依据钛合金相关设计理论设计了低弹性模量、中高强度、良好塑性的新型生物医用近β型Ti35Nb3.7Zr1.3Mo合金,研究了固溶温度和时效温度对合金组织和力学性能的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,α相逐渐溶解,合金的强度和弹性模量尚未发生明显变化。在低温时效时析出脆性ω相;随着时效温度升高,逐渐析出α相,且α相逐渐粗化;合金的强度与弹性模量先升高,达到峰值后下降;延伸率先降低后升高。合金经750℃固溶和450℃时效后综合力学性能优良,可以满足生物植入材料力学性能的要求。     

固溶及时效热处理对K465合金组织的影响

研究了K465合金热处理后的显微组织和力学性能。结果表明,合金热处理后,枝晶干处的γ'相呈立方状、体积分数为62%,同时还析出了细小点状碳化物,铸态MC碳化物转变为M6C。高温时效热处理结果表明,合金经1 000℃/500 h和1 100℃/100 h后,析出富集W和Mo的针状和棒状二次析出相;1 000℃条件下,随着时间的延长,二次析出相的数量逐渐增多;温度的升高可促进二次相的析出。     

机械合金化和放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金

研究了球磨转速、球料比和球磨时间对NbMoCrTiAl高熵合金粉末的物相、微观形貌及粒度的影响,探讨了不同温度下放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金微观组织和硬度的变化规律。结果表明:在转速300 r/min和球料比10∶1条件下,球磨60 h粉末只达到部分合金化;在转速300 r/min和球磨50 h时,球料比要达到12∶1才能实现粉末完全合金化;在球料比10∶1和球磨50 h条件下,球磨转速要高于400 r/min才能获得单一BCC固溶体高熵合金。NbMoCrTiAl粉末在高能球磨中元素发生合金化的先后顺序为Al→Ti→Cr→Nb→Mo。NbMoCrTiAl高熵合金粉末在放电等离子烧结(SPS)时发生了第二相析出和溶解转变。随着烧结温度的升高(1 400～1 600℃),第二相的数量减少及其尺寸增大,导致了合金硬度的降低。     

高温时效对Super304H钢奥氏体点阵常数的影响

利用金相显微镜、电子探针、透射电镜和X射线衍射等多种分析手段研究了不同时效温度下新型耐热钢Super304H奥氏体点阵常数的变化规律。结果表明,Super304H钢经700~1350℃一系列温度时效后,其组织均为单一的奥氏体(γ)基体+析出相,γ基体点阵常数a变化反映了析出相的析出与溶解的变化过程。Super304H钢供货状态下因绝大部分合金元素固溶于基体,γ基体点阵发生较大畸变a值较大,700℃时效后因M23C6和Nb(C,N)析出a值变小,至850℃时a值最小,超过850℃后因M23C6逐步溶解引起晶格膨胀,到1000~1050℃时a值接近供货条件时的a值。1150℃时因Nb(C,N)大量析出a值又变小,继续升温时因Nb(C,N)发生熟化元素重新固溶a值增大。     

Nb和Ta合金化对CoCrFeNi高熵合金组织和力学性能的协同作用

采用真空电弧熔炼法制备CoCrFeNi-(Nb,Ta)系列高熵合金,详细研究Nb和Ta合金化对CoCrFeNi基高熵合金组织演变和力学性能的协同效应。Nb/Ta合金化方式影响(CoCrFeNi)₈₈Nb_x Ta₍(12-x))合金的组织组成、共晶相片层间距、Laves相的尺寸形貌、两相体积分数及成分组成。Nb,Ta含量为等原子比时,合金组织组成为FCC+Laves两相共晶组织;Nb,Ta含量为非等原子比的合金则呈现为共晶(FCC+Laves)相和初生Laves相的组织结构,初生Laves相的体积分数和晶粒尺寸随Nb/Ta原子比的增加而单调增加。研究合金的压缩屈服强度与Laves相体积分数正向相关,压缩断裂强度几乎不受组织组成的影响,压缩塑性则与Laves相的体积分数、类型与尺寸分布呈现负相关。计算分析CoCrFeNi-(Nb,Ta)高熵合金的强化机制,探讨合金组织组成对其强度的作用规律。分析表明,细晶强化和Laves相的第二相强化是提升合金屈服强度的主要因素。     

Co-Al-W基高温合金发展概述

传统Co基高温合金的强化机制为固溶强化与碳化物强化,强化效果弱于Ni基高温合金中的有序相γ'强化,从而使得Co基高温合金的应用受到限制。直到2006年,在Co-Al-W三元相图中发现稳定的L12相——Co3(Al,W),这种新型γ'相强化的Co-Al-W基高温合金有以下特点:(1)含Ta合金熔点高于Waspaloy合金;(2)硬度与屈服强度不低于Ni基高温合金;(3)γ/γ'两相之间的晶格错配度与Ni基高温合金在数值上接近,符号上相反,而正的晶格错配度更有利于蠕变性能。综上所述,Co3(Al,W)相的发现为Co基高温合金的发展开辟了新道路。自2006年以来,针对Co-Al-W基高温合金的组织与性能进行了大量研究。Co-Al-W基高温合金的微观组织为γ/γ'两相,此外还会存在一些二次相,其中包括富集Al和Ti元素的B2-CoAl相、富集难熔元素的拓扑密堆相m-Co7W6以及易在时效过程析出的c-Co3W相。这些二次相通常在晶界析出,容易成为裂纹的发源地,同时会弱化固溶强化效果,对合金的高温性能不利。虽然Co-Al-W基高温合金得到了立方形态的γ'相共格析出,但由于γ'-Co3(Al,W)相高温稳定性差,需要对其进行合金化,因此,这种γ'相强化的Co基高温合金正在由简单的Co-Al-W三元合金发展成为复杂的多元合金。综合来看,主要添加的合金化元素有Ta、Ti、Nb、V、Mo、Ni和Cr。其中,γ'相形成元素包括Ta、Ti、Nb、V、Mo,这些元素的分配系数均大于1,且能有效提高γ'相固溶温度与体积分数; Cr、Fe、Re的分配系数小于1,是γ相形成元素,添加后均降低γ'相固溶温度,其中Cr会提高γ'相的体积分数。众多合金元素中,Cr、Mo和Ni元素的过量添加会降低γ/γ'两相间的晶格错配度,从而改变γ'相形态甚至破坏γ/γ'两相组织。合金的组织与性能密切相关,γ/γ'两相、γ'相为立方形态且γ'相高温稳定性高的合金具有优异的性能。Co-Al-W基高温合金的流变应力随温度变化分为三个阶段:首先随温度升高而降低;然后随温度升高而异常升高;最后再次随温度升高而降低。故而存在峰值温度与峰值强度,Co基高温合金多应用在峰值温度下,以便获得最高的屈服强度。此外,由于Co-Al-W基高温合金中γ/γ'两相晶格错配度为正,在蠕变过程中会出现平行于拉应力的筏化,对合金的高温性能有利。除了Ta、Ti等元素能强化合金外,少量B元素的添加有晶界强化作用,可以提高合金的力学性能。添加Cr元素的Co-Al-W基高温合金在高温氧化过程中会形成三层氧化层,分别是最外层的Al_2CoO_4、富Cr并含有Cr2O和Cr2O3的中间层以及最内层的Al_2O_3。其中Cr_2O_3和Al_2O_3氧化层均致密且具有保护作用,可显著提高合金的抗氧化能力。本文简单介绍了Co-Al-W基高温合金的发现与发展,综述了近年来Co-Al-W基高温合金的研究现状,并指明了未来Co基高温合金的发展方向。     

马氏体时效不锈钢热处理工艺优化

利用热力学计算软件Thermo-Calc,研究了马氏体时效不锈钢Fe-13Cr-7Ni-4Mo-4Co-2W在不同温度下的基体组织和析出相的变化.通过TEM、SADP法分析研究了马氏体时效不锈钢在固溶处理与时效处理过程中显微组织与析出行为.热力学计算与实验研究结果一致表明,马氏体时效不锈钢高温析出Laves-Fe2Mo相,固溶温度超过1050℃,Laves-Fe2Mo相全部溶解;时效析出R相,其含量在8%左右.根据计算结果优化了相应的热处理工艺,力学性能研究结果表明,用所确定的时效工艺进行热处理后,马氏体时效不锈钢的强韧性最好.     

Mo含量对00Cr12Ni9Mo(x)Cu2Ti马氏体时效不锈钢组织和性能的影响

采用真空感应炉熔炼了4种不同Mo含量的00Cr12Ni9Mo(x)Cu2Ti马氏体时效不锈钢,研究了Mo含量对合金的完全固溶温度,以及随后的冷加工和时效处理工艺对合金的组织与性能的影响。金相观察发现在950℃～1100℃之间固溶时,晶粒随温度升高而增大;当Mo含量达到3.3%时,合金在1000℃以下固溶会有δ-铁素体析出。硬度分析发现,固溶温度对固溶态硬度几乎没有影响;增加Mo含量能提高马氏体时效不锈钢的峰值硬度以及抗过时效温度。耐腐蚀后的试验显示,1%的Mo含量即可有效提高合金的耐腐蚀性,时效4h对耐蚀性影响不大,当延长时效时间至400h,合金的耐腐蚀性严重受损。     

MoSi2超高温结构材料的研究进展

MoSi2是继Ni基高温合金以及第二代高温合金Ti Al之后的第三代超高温结构材料,具有高的熔点、较低的密度和优异的高温抗氧化性。但是目前由于低温脆性较大,高温强度尤其是蠕变强度不足,以及400~600℃抗氧化性差的原因,限制了其工业应用。介绍了碳化物、碳纳米管、硼化物、氧化物、氮化物以及复相协同增强MoSi2基复合材料,MoSi2的Al,Re,Al-Re,Nb,W,Mg等合金化,以及MoSi2低温氧化(Pest)方面的国内外进展,指出复相协同作用有助于提高材料的综合力学性能,认为合金化协同第二相复合化、复合化和合金化的"少量多元"是未来改善MoSi2超高温结构材料综合性能的重要发展方向。     

国外材料与测试文摘

20 0 4 10 1　Ti Al X (X =Ta ,Nb或Mo)系中体心立方 (bcc)相的有序 无序转变 [英 ]./DasK .JournalofMaterialsScience ,2 0 0 3,38:3995 - 40 0 2 .研究了Ti Al X(X =Ta ,Nb或Mo)系中存在的bcc相的有序化 ,在接近Ti 2 5Al X成分中存在有序bcc(B2 )结构的三元相 ,以及Ti 33Al 17Ta合金凝固和固态加工处理后的相反应。差热分析 (DAT)发现 ,该合金中B2相在 12 0 5℃下是稳定的 ,在12 0 5℃经历了从固态有序至无序的转变。有序化反应速率很高 ,它不可能用快速凝固工艺来阻止。显微组织中存在的热反相边界 (APBS)证实B2相固态有…     

FeNiCr WMoTi合金中γ′数量和尺寸及其强硬化效应

研究了Fe 2 8Ni 13Cr 1W 1.5Mo 2Ti 0 .5Nb 0 .2Al高温合金不同时效状态下γ′相的数量和尺寸对强硬化效应的影响。在 16h时效条件下 ,随时效温度升高 (在 6 5 0～ 730℃ ) ,由于γ′粒子尺寸增大速率较小 (从 7～ 14nm ) ,其数量显著增多 ,因而合金的硬化效应增大 ;温度在 730～76 0℃时 ,在位错的Orowan绕过机制启动之前 ,虽然γ′相数量随时效温度升高继续增多 ,但由于尺寸显著增大 ,合金的硬化效应明显降低。在位错以切割方式通过γ′粒子的尺寸范围内 ,沉淀出精细γ′粒子的合金状态比析出相同数量粗大γ′粒子的合金状态具有更高的室温硬化效应     

纳米级碳化物及小角界面密度对Fe-C-Mo-M(M=Nb、V或Ti)系钢耐火性的影响

通过高Nb、V或Ti(~0.1%),低Mo(≤0.2%)微合金化设计,在经TMCP工艺后用恒载荷拉伸实验测定了Fe-C-M-Mo(M=Nb、V或Ti)系合金钢的失效温度。用EBSD分析了TMCP后样品中的界面密度,用TEM观测了恒载拉伸实验后样品中的纳米析出相。结果表明:在Fe-C-V/Nb钢中添加约0.2%Mo使其在280 MPa恒载荷拉伸升温过程中的失效温度提高约40℃。小角度界面为MC型析出相形核析出提供了有利位置,加速了MC相的析出,在升温过程中细小弥散的MC相在小角度界面形核析出起到了良好的高温沉淀强化作用,提高了耐火钢的失效温度。含Mo的Ti-Mo钢具有较高的小角度界面密度,导致其中MC型析出相析出较快,因此具有最高的失效温度,Nb-Mo钢次之,V-Mo钢因小角度界面密度最小使其在高温下MC相析出的动力学减缓,因此失效温度最低。