PHASE BOUNDARIES OF SINGLE-PHASE ε-AND γ′-FIELDS IN Fe-C-N PHASE DIAGRAM

由低温下的溶解度导出氮在α-Fe中的活度数据,求得了Fe-C-N三元系中各二元交互作用系数,并导出了该系中的分配方程组.依此在PDP-11/23计算机上计算了γ′及ε单相区界域.计算结果表明:原Naumann和Langenscheid相图中的γ′相区正确,但ε相区需修正.计算结果与Wells及Bell的大部分实验结果符合.采用石墨为标准态(见附录证明)的计算也得到相同结论.     

Ni—Al—Cr富集Ni区相平衡研究

用热扩散偶实验和热力学模型研究和计算了Ni-Al-Cr系富Ni区γ,α,γ′和β相的相平衡,用规则溶体和亚点阵模型计算了该体系900℃～1300℃区间的等温截面,计算结果与实验值相符合。     

渗氮及氮碳共渗中的相行为和间歇供氨法

研究了渗层内ε、γ′和α[N]在渗入过程中的相行为 ,得出 :ε是单向 (向内 )长大 ,γ′是双向溶解 ,α是双向长大 ;表明ε相起储氮、γ′起传递氮的作用。在最差的条件下 ,各相内的扩散通量为 :|JεN| |Jγ′ N|≥ |JαN|,化合物ε、γ′不会影响α[N]的扩展。并提出可优化渗层相组成的间歇供氨法     

热处理对变形高铝Ni3Al基合金组织及性能的影响

对热变形量56％的高铝Ni3Al基合金在热处理过程中的组织转变进行了研究.结果表明:热处理过程中随β-NiA1相的增大,γ+γ′相区不断向β+γ′相区扩展,借此消除锻后形成的γ′脆性晶界,提高锻后合金的塑性.在γ+γ′两相区,γ′相不断发生回溶;而在β+γ′两相区,随着M23C6向MCⅡ碳化物逆转变的进行,γ相以MCⅡ为形核质点发生再结晶长大.此外于扩大的γ相内有呈方形的粒状γ′相析出,与γ相保持完全共格,可提高合金高温强度.     

铁素体渗氮工艺模拟

纯铁的莱勒图被广泛用于选择合金钢的渗氮工艺。本文首次采用计算热力学来确定AISI 4140钢的莱勒图。研究表明，AISI 4140钢的莱勒图与纯铁的存在明显差异。对AISI 4140钢进行了渗氮试验，目的是验证计算热力学的预测结果。扫描电镜结果显示化合物层中存在两种相，利用透射电镜对化合物层与扩散层界面的研究结果证实了γ′-Fe4N和ε-Fe2－3（C，N）相的共存。这些试验结果与用计算热力学建立的AISI 4140钢莱勒图高度吻合。     

Microscopic Creep and Damage of γ-γ＇Two-phase Nickel-base Superalloy under Elevated-temperature

用晶体热粘塑性模型研究了镍基合金中γ与γ′相的非弹性行为,进行了在晶体塑性理论基础上考虑镍基高温合金中的随机分布相结构对其蠕变与损伤过程的数值模拟.模拟假定合金中γ′相的尺寸及分布具有随机性,γ与γ′相在高温下的变形、损伤用温度相关的晶体粘塑性损伤本构关系进行计算,计算结果与周期体胞模型进行了比较.结果表明：γ′相随机分布模型能够反映镍基合金微观变形和应力分布不均匀、局部剪切变形和可能的破坏倾向;该模型的蠕变分析结果较周期体胞模型合理.     

热处理过程中高铝Ni3Al基合金的组织转变研究

对铸态及固溶态高铝Ni3Al基合金进行不同温度的热处理,并用扫描电镜对合金的组织转变进行观察.结果表明:当热处理温度为1220℃时,随MC11碳化物转变在M23C6碳化物周围产生γ′包膜,造成枝晶干γ/γ′两相区及β-NiAl相的减小;枝晶间富集元素的扩散也可引起单相γ′区的扩大及β-NiAl相的减小,但作用较小;当热处理温度为1260℃时,单相γ′区发生回溶减小,借此造成β-NiAl相及γ/γ′两相区显著扩大.     

K417G合金γ+γ′共晶初熔特性及影响因素研究

采用水淬法测定出铸态及采用不同温度阶段处理后的K417G合金γ+γ′共晶相的初始熔化温度,对铸态合金及水淬处理后的合金的微观组织采用扫描电镜进行观察,确定出阶段热处理对合金中γ+γ′共晶相的初始熔化温度的影响。研究结果表明:铸态K417G合金中的γ+γ′共晶相主要由细小的γ+γ′共晶组织和粗大的γ′相组成,在共晶相的前沿存在少量的硼化物共晶组织。铸态K417G合金中的γ+γ′共晶组织的熔化主要发生在共晶相的前沿,熔化后出现大量的白色组织相。电子探针对熔化区的分析表明,熔化后形成的激冷组织主要为γ+γ′共晶,熔化区主要富集B、Mo和Cr元素。铸态合金中的γ+γ′共晶的初熔温度为1 220~1 230℃,而经1 090℃、1 100℃和1 110℃阶段处理10 h后合金中的γ+γ′共晶的初熔温度升高至1 280~1 290℃。     

Cu—Co—Ge三元系室温相图

本文用X射线衍射法测定了Cu-Co-Ge三元系相图的室温截面。这个室温截面由九个单相区、十五个二相区和七个三相区所组成。九个单相区是:α(Cu),ζ(Cu_5Ge)、ε_1(Cu_3Ge)、β(Ge)、λ(CoGe_2)、δ(Co_5Ge_2)、τ(CoGe)、θ(Co_5Ge_3)和γ(Co);十五个二相区是:α ζ、ζ ε_1、 β、β λ、λ δ、δ τ、τ θ、θ γ、γ α、α θ、ζ θ、ε_1 θ、ε_1 δ、ε_1 λ和δ θ;七个三相区是:α γ θ、α θ ζ、ζ θ ε_1、ε_1 θ δ,ε_1 δ λ、ε_1 β λ和δ θ τ。截面中没有发现新相。     

U720LI合金高温析出γ′相的失稳分解

对U720LI镍基高温合金连续冷却过程中析出的高温γ′相的分解现象进行了观察研究.结果表明。自固溶温度快冷至室温时,发现有大量细小的γ′相析出,其尺寸大多位于40-60 nm之间,均匀分布.当试样自固溶温度缓冷至650℃然后快冷至室温时.发现有两类大小的γ′相析出,一类在200 nm左右,为高温析出γ′相;另一类集中分布在50-65 nm之间,为低温析出γ′相.重点研究了高温析出γ′相的分解现象,在高温析出γ′/γ相界,适合非经典的形核和长大的条件,在高温γ′/γ相界面上的Al和Ti等元素的偏聚区,可以作为过饱和γ基体析出γ′相的析出核心,γ′相中的Al和Ti的自由能梯度导致高温析出γ′相中Al和Ti等γ′形成元素向细小γ′相核心作短距离扩散,使细小γ′相长大和高温粗大γ′相分解.此种析出的γ′相的尺寸只有10-20 nm.上述缓冷试样经时效后,发现高温粗大γ′相的分解现象更加明显.     

FGH96合金中γ′相的高温粗化行为

利用热力学计算、SEM分析研究了FGH96合金中的γ′强化相的高温粗化规律,并对γ′相的粗化行为进行了动力学分析。结果表明:随着合金中组元Nb和Ti/Al值的变化,FGH96合金中γ′相的溶解温度区间为1088℃~1125℃;在高温热处理过程中,随着保温时间延长,合金中小γ′相数量减少,单位面积内的γ′颗粒数目减少,大γ′颗粒数目明显增加,即发生了Ostwald熟化;γ′相粗化遵循L-S-W理论,即:r3∝t,γ′相的粗化激活能Q=293.6kJ/mol,γ′颗粒的粗化主要由Ti和Al在基体中的扩散所控制。     

An optimization algorithm and its application for predicting elemental concentrations of sublattices of γ'' phase in Ni base superalloys

综合考虑镍基合金γ′相中原子尺寸失配和电负性因素对γ′相亚点阵成分的影响，建立了用于预测γ′相亚点阵成分的最优化数学模型．根据已知的γ′相成分，采用迭代替换方法确定优化问题中亚点阵成分变量的取值范围，运用分层宽容多目标优化法，计算了γ′相中合金元素在Ni位置和Al位置的浓度．利用已知γ′相成分和点阵常数数据对计算结果进行了验证，证实了该方法的可用性及其准确性．     

Ni-Al-Cr系富Ni区相平衡研究

用热扩散偶实验和热力学模型研究和计算了 Ｎｉ－Ａｌ－Ｃｒ系富 Ｎｉ区γ,ａ,γ’和β相的相平衡。用规则溶体和亚点阵模型计算了该体系９００℃－１３００℃区间的等温截面,计算结果与实验值相符合。     

镍基粉末高温合金中微量元素Hf的作用

利用FEG-SEM,TEM,AES和EDS分析技术以及物理化学相分析等方法,系统地研究了微量元素Hf在镍基粉末高温合金中的作用.结果表明:Hf以固溶态分布在枝晶间γ固溶体内,有助于减少原始粉末颗粒边界组织.Hf促进γ′相形态失稳,导致大尺寸立方状γ′相发生分裂,更快地进入γ′相低能稳定的择优形态.Hf主要分布在γ′相和MC型碳化物中,改变γ′相和MC型碳化物及γ固溶体相间合金元素的再分配,有利于消除合金的缺口敏感性,改善合金综合力学性能.     

渗氮工艺对1Gr18Ni9Ti不锈钢表面耐蚀性的影响

通过对渗氮工艺处理后1Cr18Ni9Ti钢的组织观察及力学性能测量,研究了1Cr18Ni9Ti钢的渗氮层组织及性能与渗氮温度的关系。研究结果表明:未经过渗氮处理的1Cr18Ni9Ti钢主要相成分是α-Fe相,在300℃温度下渗氮处理后的物相主要有α′N、γ′-Fe4N及ε-Fe3C相,其中γ′-Fe4N相的含量较少,在350℃和400℃温度下渗氮处理后的物相主要有α′N、γ′-Fe4N、ε-Fe3C及Cr N相。经过渗氮处理后,钢表面的硬度有明显提升,硬度值随着渗氮温度的降低而减小。在300℃温度下渗氮处理可以一定程度上提升1Cr18Ni9Ti钢的耐蚀性。     

W对Co-Al-W合金相界强度影响的理论研究

基于第一性原理赝势平面波方法,研究了W掺杂γ-Co/γ′-Co_3Al相界前后其对电子分布与能态结构的变化。相界断裂功计算结果表明,W原子取代界面内γ′-Co_3Al相区中的Al原子可提高γ-Co/γ′-Co_3Al相界的断裂强度,而取代其他位置的Al原子或Co原子时,对其相界区域断裂强度的影响则不明显。进一步通过分析电子态密度与电子密度分布图发现,W的掺杂使其与最近邻Co原子间所产生的强烈电子相互作用,将引起相界区域层间原子成键相互作用增强,这是γ-Co/γ′-Co_3Al相界断裂强度得到提高的直接原因。     

镍基粉末高温合金FGH4096中γ′相完全溶解温度的测定

通过JmatPro软件测试了镍基粉末高温合金FGH4096平衡相图,并根据γ′相平衡态溶解温度采用OM和SEM等方法研究了不同固溶温度下的γ′相溶解结果。结果表明,热力学软件JmatPro计算的FGH4096合金中的γ′相在930~1100 ℃大量溶解,完全溶解温度在1100 ℃以上。从1110 ℃到1130 ℃晶粒尺寸从16.1 μm长大至18.2 μm,变化不明显,从1130 ℃到1160 ℃,晶粒迅速从18.2 μm长大到28.6 μm。镍基粉末高温合金FGH4096中的γ′相起到强化作用的同时,对晶粒长大具有阻碍作用,随着固溶温度从1110 ℃升至1130 ℃,γ′相含量减少,其对晶粒的钉扎作用降低,导致晶粒有所长大。1130 ℃以上时,γ′相完全溶解,γ′相钉扎作用消失,晶粒迅速长大。最终确定FGH4096合金中γ′相实际的完全溶解温度为1130~1140 ℃。     

Ni基单晶高温合金原树枝状晶结构典型区域γ和γ′相成分的测算

导出了高温合金γ和γ′相的元素分配比和分配系数,以CMSX-2合金为研究对象,用EDAX区域扫描测得热处理后未变形试样和经持久变形至断裂试样原树枝状晶三个典型区域（枝晶干、枝晶臂和枝晶间）的成分,使用分配系数法计算了各区域中γ和γ′相的成分,分析了各区成分分布的特点及其与合金持久寿命的对应关系。     

高锰钢中ε-马氏体的定量相分析

采用X射线衍射方法对高锰钢中的物相进行研究。结果表明,高锰钢中有γ-Fe、ε-Fe和α-Fe三种物相,选取ε(102)和ε(103)晶面计算ε-Fe的晶格常数,a=b=2.530 5,c=4.085 1 。采用Rietveld法对三种物相进行定量计算,ε-Fe、γ-Fe和α-Fe的体积分数分别为62.4%、36.2%和1.4%,评判因子R_(wp)为4.72%,计算结果准确可信。Rietveld法为高锰钢中ε-马氏体的定量相分析提供了一种准确快捷的方法。     

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。