Ni-Cr钢中P的非平衡晶界偏聚现象

采用Auger电子能谱仪分析了经过1000℃淬火后600℃时效过程的Ni-Cr钢中元素磷的晶界偏聚浓度,得到晶界P的偏聚浓度随时效时间变化的动力学曲线。结果表明,Ni-Cr钢在600℃时效60 min时,P的晶界偏聚浓度出现极大峰值,与平衡晶界偏聚模型不符。利用溶质的非平衡晶界偏聚模型进行分析,证实这是由于钢中P的非平衡偏聚临界时间现象引起的。     

Ce在α-Fe晶界的偏聚及其对磷的晶界平衡偏聚的影响

用TEM+EDAX和AES方法研究了Fe-0.3%P-0.16%Ce和Fe-0.3%P合金Ce和P的晶界平衡偏聚及Ce对P平衡偏聚的影响,并且对合金的脆性做了研究.结果表明,Fe-0.3%P-0.16%Ce合金晶界有Ce和P的共偏聚,磷的平衡偏聚量不低于Fe-0.3%P合金,但是脆性却由于Ce的偏聚而显著改善.本文从界面二维相的观点讨论了Ce和P在晶界的相互作用.     

硼在镍晶界上的偏聚及钼的影响

径迹显微照相试验结果表明,硼在镍晶界上有明显的偏聚倾向.测得的硼晶界结合能为18±2kJ/mol.加钼使硼的晶界偏聚减弱,加0.5%和3%的钼分别使硼的晶界结合能降低到14±1和13±1kJ/mol.     

在Ni3Al中钙的平衡晶界偏聚和硅的平衡晶界反偏聚

在 1 0 2 3～ 1 373K的初始温度和 4 48K s及 2 69 91K s的冷速下 ,用俄歇剖层分析确定含硼和钙的Ni3 Al合金中钙的平衡晶界偏聚和含硼和硅的Ni3 Al合金中硅的平衡晶界反偏聚行为。按照多组元平衡偏聚理论对实验结果进行了描述和分析 ,并确定出钙的平衡晶界偏聚自由能和硅的平衡晶界反偏聚自由能。实验证实在Ni3 Al B Ca合金中存在钙和硼的平衡晶界共偏聚 ,而在Ni3 Al B Si合金中存在硅对硼平衡晶界偏聚的促进作用     

微量溶质元素在金属晶界的偏聚

溶质元素在金属晶界的偏聚可以分为两类，即平衡偏聚和非平衡偏聚。本文回顾了这两类偏聚现象及其机理，着重讨论分析了有重要工程用途的三类典型的晶界偏聚：硼在奥氏体晶界的两类偏聚的实验规律及对硼钢淬透性影响；磷在奥氏体晶界的平衡偏聚及对钢回火脆性的作用，钢中的其他合金元素对磷的偏聚的影响；硼在多种金属间化合物的偏聚及对这些金属间化合物塑性的影响及其机理。     

硼在奥氏体晶界的两类偏聚

用PTA法研究了Fe-30％Nj合金中硼在晶界的偏聚行为.实验表明,在550—1200℃保温后,用不同方式冷却的试样中存在有平衡与非平衡两类硼偏聚,其形成机制各不相同,而且试验条件的影响亦不同.保温时形成的平衡偏聚在低温淬火试样中起主要作用.在高温加热后,用通常冷速冷却时,晶界偏聚主要来源于冷却过程中产生的非平衡偏聚.实际试样中观察到的硼偏聚是这两类偏聚的叠加,主要偏聚方式的转折温度区受冷却速度影响,在中等冷速下,这个转折温度在650—750℃之间。     

晶界元素偏聚及其机理的研究进展

晶界成分偏聚对多晶材料的力学性能有很大影响,探明影响晶界成分偏聚的因素和偏聚机理,对改善材料性能和优化设计合金系统具有重要意义。本文通过归纳近几年来国内外原子尺度研究晶界成分偏聚及其机理的研究进展,分析了间隙原子,置换型原子和空位在晶界的偏聚及其对材料性能的影响,讨论了成分偏聚与合金元素择优占位行为的关系,总结了晶界成分偏聚对材料力学性能影响的根本原因。     

晶界非平衡偏聚与晶体缺陷构型的关系

对Ｆｅ－３０％Ｎｉ合金和超低碳贝氏体钢在高温进行不同方式变形和保温,通过变形、回复、与再结晶,获得秒同的晶体缺陷数量与构型（主要是位错分布形态）。用硼径迹显微照相技术研究了 空冷过程中硼向晶界的非平衡偏聚及与不同形态晶体缺陷的关系。结果表明,在再结晶新晶粒冷却时晶界偏聚明显。晶界附近会出现较显著的贫硼现象,而变形并回复后的原始晶粒中此现象不明显,高温回复阶段形成的多边形化亚晶界（位错墙）对冷却时硼     

硼钢淬透性与硼向奥氏体晶界的偏聚

用改进的径迹显微照相技术研究了50B钢800—1150℃顶端淬火试样中硼分布状态的变化规律及其与硼钢淬透性的关系。试验表明,硼钢淬透性的变化与冷却时硼向奥氏体晶界偏聚的发展速度密切相关。由硼的成分剖面图可定量测定出这种偏聚的发展速度。晶界硼偏聚发展过快或过慢均不利于硼提高淬透性的效应。只有当晶界硼偏聚的发展速度与基体成分相变孕育期相配合时,硼才能发挥最大效应。利用这种观点可以说明硼钢淬透性的变化特征,分析影响硼钢淬透性的各种因素。     

晶界非平衡偏聚的发生与发展过程

采用硼（Ｂ）径迹照相法和透射电镜从实验上观察了连续冷却过程中Ｂ在晶界非平衡偏聚的发生发展过程。测定了晶界偏聚的富集因子、富集带宽度、贫Ｂ区宽度和贫化因子等偏聚特征参量 实验结果表明，对于Ｂ含量（质量分数）为１０×１０－４％的 Ｆｅ－４０％Ｎｉ合金体系，以 ２℃／ｓ的冷速从 １１５０ ℃冷却到 ６４０℃的时候，Ｂ在晶界上的偏聚经历了 ３段式的发展．并在８６０ ℃时开始向非平衡析出转化。 可以用晶界及晶界附近扩展畸变区对于溶质原子的吸附作用解释上述现象     

晶界非平衡偏聚研究的回顾与展望

溶质晶界非平衡偏聚现象已在大量合金系中发现,它对材料的性能,相转变、界面化学。界面结构及运动均有重要影响。本文综述了连续冷却与高速淬火等温过程静止晶界上溶质非平衡偏聚研究已获得的主要实验规律,分析评述了已有的主要理论模型,讨论了当前存在的问题。同时还评述了近年来移动界面溶质反常偏聚研究的实验研究和理论研究现状。     

12Cr1MoV钢连续冷却过程中P的晶界偏聚

采用分步冷却工艺，研究了连续冷却过程中12Cr1MoV钢中P的非平衡晶界偏聚过程，实际测得在813K恒温45h时，P在晶界的偏聚量为4．1at％，相应的理论计算等效时问te(813K)=42．558h时，P在晶界的偏聚量为4．4at％，表明实验结果与理论计算值相吻合。从而说明晶界偏聚的等效时间理论能很好地解释分步冷却工艺中P的非平衡晶界偏聚动力学和分步冷却工艺加速脆化的机理。     

低合金钢中Cr对磷在晶界偏聚的影响

碳与杂质在晶界呈相互排斥,而碳为更强的晶界活性元素,因此杂质在晶界的偏聚受碳在α相中固溶度的控制.合金元素的加入使碳的固溶度降低,从而促进了杂质元素的偏聚.按照这个理论,本文对Guttmann的模型作进一步推广,提出了一个定量的模型.由此计算碳钢及铬钢中磷的晶界偏聚与实验结果符合得很好。     

Fe-C-Si-Mn晶界多元偏聚研究与热力学分析SCIEI

采用Auger谱仪、二次离子质谱仪(SIMS)对Fe-C-Si-Mn合金(475℃等温处理)原始奥氏体晶界C,Si,Mn元素偏聚进行了研究。根据C,Mn正偏聚,Si负偏聚的实验结果,对晶界碳偏聚偏克分子自由能及活度进行热力学计算,结果表明Si,Mn元素促进碳在晶界的偏聚,并降低了它在晶界上的活度。从而使Fe-C-Si-Mn合金上贝氏体等温C曲线右移的现象得到解释。     

硼向奥氏体晶界的非平衡偏聚

采用高分辨率的径迹显微照相技术,研究了淬火硼钢中硼向奥氏体晶界偏聚的规律,定量地测定出跨过奥氏体晶界的硼的成分剖面图以及非平衡晶界偏聚的特征参量(晶界贫硼区宽度、晶界富集程度和富集带宽度)。试验表明,这种偏聚具有如下特征: 在偏聚晶界的两侧存在有一定宽度的贫硼区,晶界偏聚的硼是在冷却过程中由该区富集而来;这种偏聚对冷却速度很敏感,急速冷却可以抑制这种偏聚。冷却速度降低,晶界偏聚由连续的偏聚带,逐步发展为不连续的聚集直至明显地析出硼相,贫硼区宽度与冷却速度的平方根成反比;它的温度关系与晶界平衡偏聚预言相反,随淬火温度升高,晶界偏聚程度与贫硼区宽度增加。通过试验,论证了淬火钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚现象。     

Fe—P与Fe—P—Ce合金中的晶界磷偏聚及其对脆性的影响

用XPS,AES及系列冲击试验等方法对含磷0.032—0.22wt％的Fe-P和Fe-P-Ce合金中晶界偏聚磷的存在状态、偏聚特点及对脆性的影响进行了研究。结果表明,晶界上磷的存在状态与其偏聚量有关。当偏聚量较低时,为固溶态,且Ce的影响很小,而当偏聚量较高时,其存在状态改变,且Ce的影响显著。     

微量Sn在高磁感取向硅钢中的晶界偏聚

采用扫描Auger微探针(SAM)对微量Sn在高磁感取向硅钢中的晶界偏聚行为进行了研究,证明Sn在发生晶界偏聚时与取向硅钢中其它元素间没有明显的交互作用.在二次再结晶起始温度950℃,Sn在晶界仍有一定的偏聚量,作者认为,Sn通过在晶界偏聚起到了辅助抑制剂的作用.此外,根据理论分析,在高磁感取向硅钢中加入微量Sn可降低二次再结晶温度,这一结论与实验结果相吻合。     

在Ni3Al中硼的非平衡晶界偏聚

在１０２３～１３７３Ｋ的初始温度范围和０．０５～２６８．９１Ｋ／ｓ的冷速范围内，用俄歇剖层分析确定了含硼Ｎｉ３Ａｌ合金中硼的非平衡晶界偏聚行为。基于由空位在晶界湮灭所产生的体系自由能下降驱动可动的溶质－空位复合体向晶界迁移。从而产生溶质非平衡晶界偏聚的模型，导出了定量描述非平衡偏聚行为的解析表达式，理论计算结果与硼非平衡偏聚的试验数据相符，通过模拟实测确定Ｎｉ３Ａｌ－Ｂ合金中硼及硼－空位复合体的扩     

在Ni_3Al中硼的非平衡晶界偏聚

在１０２３～１３７３Ｋ的初始温度范围和０．０５～２６８．９１Ｋ／ｓ的冷速范围内，用俄歇剖层分析确定了含硼Ｎｉ_３Ａｌ合金中硼的非平衡晶界偏聚行为。基于由空位在晶界湮灭所产生的体系自由能下降驱动可动的溶质－空位复合体向晶界迁移、从而产生溶质非平衡晶界偏聚的模型，导出了定量描述非平衡偏聚行为的解析表达式。理论计算结果与硼非平衡偏聚的试验数据相符。通过模拟实测确定Ｎｉ_３Ａｌ－Ｂ合金中硼及硼－空位复合体的扩散系数分别为：Ｄ＝１×１０￣（－６）ｅｘｐ［－１．９６（ｅＶ）／ｋＴ］和Ｄ_（Ｐ（Ｂ））＝１×１０￣（－）４ｅｘｐ［－１．９６（ｅＶ）／ｋＴ］（ｍ￣２／ｓ）；硼－空位复合体的结合能为Ｅ_（ｂ（Ｂ）＝０．５ｅＶ。     

Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金晶界偏聚与腐蚀机制研究

采用自编软件建立Al-Zn-Mg-Cu合金中α-Al、η(MgZn2)相及晶界含η相的α-Al大角度晶界原子集团模型.用递归法计算合金中Zn、Mg、Cu的环境敏感镶嵌能、原子相互作用能,α-Al和η相结合能、费米能级等电子参数.并依据电子参数分析合金的腐蚀特性.结果显示:合金元素Mg、Cu容易在晶界偏析,Mg、Zn形成η相原子集团.因Mg在晶界偏析,晶界析出的η相较为粗大,晶内形成的η相比较细小.计算还表明:η相的费米能级最高,在腐蚀过程中作为阳极优先溶解.合金元素Zn具有增大晶界、晶内电位差的作用,降低合金的抗腐蚀性.Cu能减小晶界与晶内费米能级差,降低晶界与晶内的电位差,具有减缓合金腐蚀的作用.