不同工艺制备的氧化物弥散强化钢的微观组织与拉伸性能

利用热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)和放电等离子烧结(Spark plasma sintering,SPS)工艺制备了氧化物弥散强化(Oxides dispersion strengthened,ODS)钢,采用电子背散射衍射技术、透射电镜和小角度X射线衍射技术等观察了两种工艺制备的ODS钢的微观结构特征,分析了HIP和SPS工艺对ODS钢中析出相种类及分布密度的影响,测试了两种工艺制备的ODS钢在不同温度条件下的拉伸性能。结果表明:HIP工艺制备的ODS钢的晶粒尺寸更加均匀,而SPS工艺制备的ODS钢的晶粒存在明显的双峰分布特征;两种工艺制备的ODS钢中均发现了大量均匀弥散分布的纳米团簇和少量Y_2Ti_2O_7相的存在; HIP和SPS工艺制备的ODS钢中纳米团簇的分布密度分别为1.33×10~(23)个/m~3和4.72×10~(22)个/m~3; HIP制备的ODS钢具有更加优异的拉伸性能。     

15Cr-ODS钢的微观组织及力学性能

采用机械合金化和热等静压方法,制备出名义成分为Fe-15Cr-2W-0.3Zr-0.3Y_2O_3(质量分数,%)的氧化物弥散强化铁素体钢(15Cr-ODS钢),采用电子背散射衍射技术(EBSD)和透射电镜(TEM)研究了其组织结构和性能。结果表明:15Cr-ODS钢不存在明显的各向异性;TEM分析表明15Cr-ODS钢中存在两种析出相,分别为高密度(尺寸在1～10 nm)三方结构Y_4Zr_3O_(12)纳米析出相和块状的Cr_2O_3析出相;随着退火温度增加,15Cr-ODS钢的抗拉强度降低,总伸长率增加;15Cr-ODS钢的室温和700℃拉抗拉强度分别为(1198±17)和(417±11) MPa、总伸长率分别为(3.7±0.1)%和(13.3±0.5)%;拉伸断口形貌观察结果表明,15Cr-ODS钢在室温主要呈现脆性断裂特征。     

ODS钢中氧化物/铁素体界面捕氢行为的第一原理研究EI北大核心CSCD

通过第一原理计算系统研究了氧化物弥散强化钢(ODS钢)中H原子在氧化物析出相Y_2TiO_5和Y_2Ti_2O_7间隙的占位能;计算了H在Y_2Ti_2O_7/bcc-Fe界面的占位能,分析发现这些H原子占位均容易固溶在电荷密度较高的间隙位置。计算也进一步揭示,在界面处Fe空位更容易形成;H原子倾向于占据Y_2Ti_2O_7/bcc-Fe界面中Fe相一侧,而He原子则容易占据氧化物一侧,这表明在ODS钢中H原子会优先被氧化物沉淀相与基体间界面所吸收。ODS钢中大量弥散析出的纳米氧化物与基体间的界面结构,客观上实现了H原子的有效分散,并能够将H团簇稳定在更细小的尺度;而且在界面H团簇长大过程中会吸收大量的H原子和空位,可能以此作为辐照离位损伤缺陷的自愈合点,从而解释了ODS钢优越的耐辐照损伤性能。同时,计算也尝试解释了H-He双粒子辐照对ODS钢辐照空洞的产生存在协同效应的实验结果。     

热等静压成型温度对雾化合金粉制备的9Cr-ODS合金钢组织及拉伸性能的影响

以雾化合金粉为原料采用热等静压成型制备了9Cr-ODS合金钢。首先,使用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了雾化法制备的合金粉的表面形貌和化学成分。利用电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)、小角X射线散射(SAXS)等研究了9Cr-ODS合金钢的晶粒形貌及平均尺寸、析出相的形貌及分布密度。结果表明：随着热等静压温度的升高,9Cr-ODS合金钢样品的晶粒逐渐长大,抗拉强度逐渐降低;900℃成型制备的9Cr-ODS合金钢的平均晶粒尺寸为0.62μm,其强度高于其他两个成型温度制备的样品。9Cr-ODS合金钢中各类型析出相的分布密度随着成型温度的升高而降低,尺寸则呈现长大的趋势。测试温度越高样品的抗拉强度越低,700℃测量时3个样品的抗拉强度比较接近。测试温度的升高会使样品的伸长率升高,但900℃成型制备的样品的伸长率在700℃测量时出现下降的现象。     

放电等离子烧结制备9Cr-ODS钢的组织与力学性能

采用放电等离子烧结(Spark plasma sintering,SPS)工艺制备了成分为Fe-9Cr-1.5W-0.4Mn-0.2V-0.1Ta-0.3Ti-0.3Y_2O_3(质量分数,%)的9Cr-ODS钢。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)、高分辨透射电镜(HRTEM)对ODS钢的宏观烧结特征、晶粒形貌、析出相形貌等进行表征。利用万能拉伸试验机测量不同温度下样品的力学性能。结果表明:通过放电等离子体烧结工艺可以制备出具有超细晶粒的ODS钢,950℃/5 min时烧结效果最好,致密度达到97.7%。950℃/5 min烧结后样品的晶粒呈现粉末颗粒表面晶粒粗大(1μm)而内部晶粒细小(纳米级)的现象,样品内的析出相以高密度、纳米尺寸、弥散分布的纳米团簇为主,其分布密度可以达到5.1×10~(22)个/m~3,同时还发现了少量化学计量比的Y_2Ti_2O_7。放电等离子体950℃/5 min烧结样品的常温和650℃拉伸强度分别达1040 MPa和407 MPa。     

ODS钢中氧化物/铁素体界面捕氢行为的第一原理研究

通过第一原理计算系统研究了氧化物弥散强化钢(ODS钢)中H原子在氧化物析出相Y_2TiO_5和Y_2Ti_2O_7间隙的占位能;计算了H在Y_2Ti_2O_7/bcc-Fe界面的占位能,分析发现这些H原子占位均容易固溶在电荷密度较高的间隙位置。计算也进一步揭示,在界面处Fe空位更容易形成;H原子倾向于占据Y_2Ti_2O_7/bcc-Fe界面中Fe相一侧,而He原子则容易占据氧化物一侧,这表明在ODS钢中H原子会优先被氧化物沉淀相与基体间界面所吸收。ODS钢中大量弥散析出的纳米氧化物与基体间的界面结构,客观上实现了H原子的有效分散,并能够将H团簇稳定在更细小的尺度;而且在界面H团簇长大过程中会吸收大量的H原子和空位,可能以此作为辐照离位损伤缺陷的自愈合点,从而解释了ODS钢优越的耐辐照损伤性能。同时,计算也尝试解释了H-He双粒子辐照对ODS钢辐照空洞的产生存在协同效应的实验结果。     

9Cr-ODS钢中纳米析出相的SAXS和TEM研究

对球磨不同时间的雾化合金粉采用热等静压烧结方法制备9Cr-ODS钢.利用高能同步辐射小角X射线散射(SAXS),配合高分辨透射电镜(HRTEM),高角环形暗场(HAADF)像和电子背散射衍射(EBSD)研究了不同球磨时间合金粉制备的9Cr-ODS钢中纳米析出相的特征及其对组织和性能的影响.SAXS和TEM实验结果表明,9Cr-ODS钢中富Y-Ti-O纳米团簇的尺寸随着球磨时间的延长不断下降,分布密度峰值逐渐升高,球磨20 h样品中富Y-Ti-O纳米团簇的分布密度峰值达到2.93×1023m-3;烧绿石结构Y2Ti2O7相的分布密度峰值在球磨8 h样品中最高(1.03×1022m-3);少量大尺寸富Ti,Al和O的析出相的分布密度随着球磨时间延长而增加,出现核壳结构.晶粒尺寸随着球磨时间的延长而细化,屈服强度随着球磨时间的延长而升高.富Y-Ti-O纳米析出相对材料强度的贡献占主导地位.     

9Cr-ODS钢雾化合金粉的机械合金化过程

为说明在制备纳米结构氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthened,ODS)钢过程中机械合金化(Mechanical Alloying,MA)工艺参数对雾化9Cr-ODS钢预合金粉组织和性能的影响规律,利用扫描电镜、激光散射粒度分析仪、XRD和维氏硬度计研究了该钢预合金粉形貌、微观结构、维氏硬度随MA时间的变化规律。结果表明:随着MA时间的延长,雾化合金粉形貌由球状先变成不规则片状,后又变成等轴状;平均粒径先增大后又减小,在2 h后达到最大;晶粒尺寸在MA的最初阶段(0~2 h)迅速减小,MA 8 h后减小速度明显放缓;晶格畸变随MA时间变化规律与晶粒尺寸随MA时间变化规律相反;维氏硬度增加,但MA初期上升较快,而后上升速率逐渐降低。     

12Cr-ODS钢的微观组织及力学性能

采用机械合金化和热等静压方法,制备出名义成分为Fe-12Cr-2W-0.3Ti-0.3Y2O3(质量分数,%)的氧化物弥散强化钢(12Cr-ODS钢)。通过EBSD技术研究发现,12Cr-ODS钢无明显各向异性,通过TEM研究了12Cr-ODS钢的微观结构,12Cr-ODS钢中存在3种析出相:尺寸在2~5 nm纳米的超高密度的Y-Ti-O纳米团簇,烧绿石结构Y2Ti2O7纳米析出相和块状的Cr-Ti-O相。12Cr-ODS钢的室温拉伸屈服强度、抗拉强度、压缩屈服强度和抗压强度分别为856、1087、1058和1807 MPa,拉伸断口形貌观察结果表明,12Cr-ODS钢主要呈现脆性和韧性混合断裂。     

放电等离子烧结技术制备的纳米结构9Cr-ODS钢及其微观结构分析

采用放电等离子烧结(SPS)技术取代传统热等静压工艺,制备出具有超细晶粒的纳米结构9Cr氧化物弥散强化(ODS)钢。利用SEM及阿基米德排水法分析了不同放电烧结温度(900,950,1050℃)对ODS钢组织形貌和致密度的影响;通过HRTEM,STEM-HAADF及EDS分析了SPS-ODS钢的微观组织特征等。结果表明机械合金化粉末在950℃时SPS效果最好,密度可达理论密度的97.7%;SPS-ODS钢由超细晶粒(≤200 nm)和大晶粒(≥1μm)混合组织构成;基体中弥散分布着高密度纳米尺寸的Y-Ti-O团簇及Y_2Ti_2O_7相,在晶界上存在少量尺寸较大(30~100 nm)的尖晶石结构Mn(Ti)Cr_2O_4。     

低碳Mn-Cr冷轧热镀锌双相钢的组织性能研究

以低碳Mn-Cr冷轧热镀锌双相钢为对象,研究了两相区不同加热温度下钢的组织特征和力学性能。结果表明,钢的组织由铁素体和马氏体岛组成,马氏体岛在铁素体基体上均匀弥散分布,马氏体岛中有微孪晶存在,且在靠近马氏体岛相界的铁素体中存在非连续的(Fe,Cr,Mn)xCy析出物。随加热温度的升高,钢的屈服强度和伸长率明显升高,抗拉强度下降。     

14Cr氧化物弥散强化钢的组织与性能研究

以14Cr-ODS铁素体钢为研究对象,通过球磨法制备14Cr-ODS钢过饱和固溶体合金粉,然后利用热等静压工艺烧结成型并进行高温热处理。对成型后的14Cr-ODS钢的显微组织和力学性能进行测试,并研究了热处理对14Cr-ODS钢组织和力学性能的影响。结果表明:通过热等静压法制备的14Cr-ODS铁素体钢的致密度达98.59%,已接近理论密度;14Cr-ODS铁素体钢的晶粒为等轴晶粒,平均晶粒尺寸为1.2μm,无明显各向异性现象。经1250℃保温8h热处理后的样品中仍保持着高密度的纳米析出相,这说明14Cr-ODS钢的高温稳定性良好。热等静压态样品的平均硬度为281 HV。热等静压态的14Cr-ODS钢在室温及高温拉伸试验中表现出较高的强度和较好的塑性,在室温和650℃高温抗拉强度分别为852、300 MPa。     

700MPa级高塑低碳低合金钢的多相组织调控及性能

通过临界退火、临界回火以及回火的多步热处理方式,研究了低碳低合金钢的组织演变与力学性能.结果表明,临界退火后的组织为板条状的临界铁素体及贝氏体/马氏体的双相组织.经临界回火后,为临界铁素体、回火贝氏体/马氏体以及残余奥氏体的多相组织.残余奥氏体呈粒状和条状,分布在铁素体/贝氏体(马氏体)相界面及贝氏体/马氏体板条之间,含量高达29%,并在回火后保持稳定,主要通过C,Mn,Ni和Cu在逆转奥氏体中的富集来稳定.临界退火及回火过程中,Nb C在铁素体及贝氏体/马氏体中析出,呈球状、椭圆形或不规则形状,平均尺寸为10 nm;富Cu的析出相在临界回火及回火过程中形成,呈球状分布于铁素体及残余奥氏体中,尺寸在10~30 nm之间.通过残余奥氏体的应变诱导塑性(TRIP)效应及纳米析出相的析出强化作用,实验钢具有优异的力学性能:屈服强度高于700 MPa,抗拉强度高于900 MPa,均匀延伸率高于20%,总延伸率高于30%.     

Ti元素对Cr元素含量为9％的ODS钢中析出相分布特征及硬度的影响

以9％Cr含量的氧化物弥散强化(ODS)钢为研究对象,将Y2O3和Ti元素的含量提高到3％并利用高温保温来模拟ODS钢的成型过程,以此研究Ti元素对于ODS钢中析出相及硬度的影响.利用X射线衍射(XRD)、小角X射线散射(SAXS)和X射线吸收精细结构(XAFS)等研究了ODS钢的机械合金化后及高温保温过程中析出相的种...     

低氮低钒D36船板钢中析出相的特征及沉淀强化作用

通过透射电镜观察了低氮低钒D36船板钢的析出相特征,并讨论了其沉淀强化作用。结果表明:实验用钢的组织均为铁素体-珠光体组织,珠光体中未见析出相,仅在铁素体中观察到析出相。VCx析出相为矩形片状形貌,在铁素体基体上均匀弥散沉淀,析出相以{100}α-Fe为惯习面,与基体存在Baker-Nutting取向关系;少量球状V6C5析出相(单斜结构)与铁素体基体存在一定取向关系,可能是共格VCx相通过碳原子重新分布转变而成。低氮低钒钢中加入0.05%V,沉淀强化值约为63 MPa,加入微量铌后在铁素体内形成一定密度的位错能有效发挥钒的沉淀强化作用。     

14Cr-ODS钢的热时效行为

为探究氧化物弥散强化(Oxide dispersion strengthened, ODS)钢的热稳定性,采用机械合金化和热等静压烧结的方法制备成分为Fe-14Cr-2W-0.3Ti-0.2V-0.07Ta-0.3Y₂O₃ (wt%)的14Cr-ODS钢,在700 ℃分别对其进1000、2000和3000 h时效处理,表征了ODS钢组织及第二相在热时效过程中的变化规律,同时分析了ODS钢的维氏硬度值。结果表明:M₂₃C₆相在时效过程中逐渐溶解,促进了TiC相和Y₂Ti₂O₇相的析出。烧结态ODS钢中球状的Y₂Ti₂O₇相在长时间的时效过程中逐渐转变为立方状,且Y₂Ti₂O₇相的尺寸在时效过程中未发生变化。当时效时间延长至2000 h和3000 h时,ODS钢的基体组织及第二相保持稳定,硬度结果也与该现象相对应。     

X10管线钢在拉伸过程中的显微组织变化研究

通过金相和TEM分析了X10管线钢在拉伸过程中的显微组织变化。结果表明,试验钢组织主要由马氏体、贝氏体及铁素体组成,各组织均匀分布;铁素体生长完整,边界清晰,板条状马氏体平行排列,长条状贝氏体位于铁素体间;马氏体与贝氏体板条间大角度取向差有利于试验钢塑性与疲劳强度的提高;位错堆积处的析出相呈弥散分布,这些析出相能提高钢材强度,同时阻止应变过程中析出导致的时效。     

热处理对一种双峰晶粒结构超低碳9Cr-ODS钢显微组织与力学性能的影响

采用粉末冶金方法制备了一种具有双峰晶粒结构的超低碳9Cr-ODS (氧化物弥散强化)钢,通过OM、SEM、TEM、显微硬度和拉伸性能测试,研究了热处理工艺对其显微组织和力学性能的影响。结果表明,超低碳9Cr-ODS钢经正火+回火后为回火马氏体组织,具有粗、细晶分明的结构特征。细晶区的平均晶粒尺寸约为1.6μm,粗晶区的平均晶粒尺寸约为4.3μm。同时,基体中存在大量的位错结构,且纳米级氧化物数密度可达约1022m-3。不同的热处理工艺不会改变超低碳9Cr-ODS钢粗、细晶双峰晶粒结构特征。经热处理后,细晶区比粗晶区具有更高的硬度。随正火温度升高,粗、细晶区的显微硬度先上升后下降,且在1100℃正火时达到最高。正火温度一定,回火温度从700℃升高至800℃时,粗、细晶区的显微硬度先下降后上升。700和750℃回火时,组织得到回复,发生软化,温度越高硬度越低;而在800℃回火时,超低碳9Cr-ODS钢因发生部分奥氏体相变导致硬度提高。25℃拉伸实验结果与硬度的变化趋势一致,随回火温度升高,超低碳9Cr-ODS钢的强度先降低后增加,延伸率则呈现相反趋势。700℃拉伸实验结果表明,超低碳9Cr...     

650℃时效对9Cr-ODS钢显微组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了9Cr-ODS钢,采用XRD、SEM、TEM、硬度测试等方法对9Cr-ODS钢在650℃下时效不同时间后的组织演变与热稳定性进行了研究。结果表明:原始烧结态组织主要由板条马氏体和Y₂O₃析出相组成;随着时效时间的增加,9Cr-ODS钢的板条马氏体逐渐粗化,位错减少,同时Cr₂₃C₆碳化物开始析出并长大。大尺寸Laves相在时效中逐渐析出并随时效时间延长而长大。尺寸较大的Y₂O₃粒子在时效中进一步增大,而尺寸稍小的Y₂O₃在时效中析出数量增多。显微硬度随时效时间的增加先下降然后逐渐趋于稳定。     

铸造冷却速率对CB2钢微观组织和力学性能的影响

采用SEM、TEM和拉伸试验机研究了铸造冷却速率对CB2钢的显微组织和力学性能的影响,分析不同冷却速率对CB2钢中夹杂物的含量、马氏体板条的宽度、析出相的形态和δ铁素体的含量的影响。研究发现:CB2-F和CB2-S钢的夹杂物比例分别为0.196 9%和0.0655 6%;两种钢的马氏体板条平均宽度分别为268.90 nm和301.46 nm;较大的冷却速率能够细化钢中的M_(23)C_6相,并能够减少室温下钢中δ铁素体的含量。较高的冷却速率可以提高CB2钢的强度。此外,在回火后的CB2-S钢的δ-铁素体中观察到长度约为100 nm,直径约为20 nm的M_3C相。δ-铁素体的存在降低了CB2-S钢的析出强化和位错密度。