S31254超级奥氏体不锈钢凝固相转变的热力学分析

超级奥氏体不锈钢广泛应用于海洋、环保、化工等苛刻腐蚀环境。由于合金化程度较高，凝固过程凝固偏析严重，析出相多且复杂。本文结合热力学计算软件Thermo-Calc，分析S31254超级奥氏体不锈钢在凝固过程中组织的组成和析出相的演变规律，主要合金元素Mo、Cr、Ni、N在凝固过程发挥的功能及其对相组织演变的影响，Mo-Cr元素交互作用对凝固相组织演变影响规律。结果表明，该钢种液固相线温度分别是1 394.4℃和1 358.6℃，平衡凝固路径是L→γ，非平衡凝固路径是L→L₁+γ→L₂+γ+δ→γ+δ+σ。Mo偏析是导致σ相析出的主要原因，δ相和σ相析出时，液相中Mo含量分别为8.5%和11.3%。     

L12-γ′相共格析出强化 Cuy （Ni3/4Al1/4 ）100-y合金显微组织与性能研究

纳米球状L12-γ′相（Pm-3m,a=0.3572 nm）的共格析出强化Cu-Ni-Al合金兼具优异的力学性能及一定的导电性能,被广泛应用于轨道交通、海洋运输等领域。目前缺乏纳米球状L12-γ′相共格析出的Cu-Ni-Al显微组织演变及性能关联的系统研究。本文锁定Ni∶Al原子比3∶1,制备了系列Cu（y Ni3/4Al1/4）100-y（y=75.00,80.00,85.71,90.00,93.75;原子分数）合金,并详细探讨了合金性能（硬度、电导率及软化温度）、合金成分及显微组织之间的关联。结果表明,低温时效后样品出现大量的退火孪晶并析出纳米球状L12-γ′相。低温时效后Cu-Ni-Al合金的强化机制包括细晶强化和析出强化,随着Cu含量增加（Ni+Al含量减少）,退火孪晶含量减少且L12-γ′相的析出含量逐渐增加,合金硬度、屈服强度及极限抗拉强度也随之降低。而合金导电性能与固溶在Cu基体中的溶质含量相关。最后,通过软化温度测试衡量了合金在高温下的应用潜力。本研究为高性能Cu-Ni-Al合金成分设计提供了有效的实验及理论依据。     

Cr和Si元素对奥氏体不锈钢组织构成及凝固路线的影响

以316Ti奥氏体不锈钢为基础,设计不同Cr和Si元素含量的合金成分,结合Thermal-Calc热力学模拟计算与合金铸锭凝固组织形貌、成分分析,研究了Cr和Si元素对合金凝固组织构成的影响。研究结果表明,热力学计算能够获得奥氏体不锈钢中析出δ相的临界Cr和Si含量。合金凝固时的元素偏析和冷却过程中的“δ→γ”相变可对δ相析出预测产生一定影响。此外,本工作还针对δ相析出评价了两种凝固路线判据。      

合金化Cr优化含Fe过共晶Al-Si合金显微组织及其机制

采用传统铸造工艺和喷射成形技术制备了无Cr和含Cr的含Fe过共晶Al-Si合金,并利用SEM(EDS)、XRD及DSC对其显微组织、相组成及相变过程进行了研究。结果表明:2%Cr的加入不光使铸态粗大针片状的δ-Al4FeSi2相变为"骨骼状"α-Al(Fe,Cr)Si相,而且使沉积态Al-25Si-5Fe-3Cu合金中短棒状的富铁相(～10μm左右)被尺寸小于3～5μm的颗粒状α-Al(Fe,Cr)Si相所替代,从而细化的组织更有利于合金性能的提高。等温处理实验结果显示沉积态含Cr合金具有较好的组织热稳定性,其主要归因于颗粒状α-Al(Fe,Cr)Si相自身的高温稳定性,而沉积态Al-25Si-5Fe-3Cu合金热稳定差主要由于β-Al5FeSi相的长大和A7Cu2Fe相的形成。另外,结合显微组织和喷射成形工艺特点对沉积态组织形成机制分析发现α-Al(Fe,Cr)Si相有可能通过直接从液相析出和经δ-Al(Fe,Cr)Si相转变而来。     

Cu含量对7xxx系铝合金力学性能及腐蚀性能的影响

文章以添加不同Cu含量(wt.%)(1.4%～2.6%)的Al-Zn-Mg-xCu-Ce-Zr合金为研究对象,通过OM、TEM以及室温拉伸、剥落腐蚀、电化学腐蚀等实验,研究Cu元素对铝合金组织及性能的影响规律。结果表明,随着Cu含量的增加,合金晶内析出相的平均尺寸先减小后增大,合金的力学性能呈先升高后降低的趋势,抗腐蚀性能逐渐降低。当Cu含量为2.2%时,合金晶内析出相的平均尺寸最小且表现出最高的力学性能;当Cu含量为1.4%时,合金表现出最佳的综合性能,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为682MPa、605MPa和13.8%;腐蚀电流密度为1.496×10^-5A/cm²。     

Cu含量对喷射成形7055铝合金微观组织和力学性能的影响

通过拉伸试验、冲击试验以及微观组织观察试验,分析降低Cu含量对喷射成形7055铝合金强度、断裂韧性和微观组织的影响。力学性能试验表明,7055铝合金中Cu的质量分数由2.55%降低到2.17%时,对其强度和伸长率影响不大,但Cu含量降低后合金的断裂韧性显著提高。微观组织分析表明,Cu含量降低前晶界上存在粗大的Al_7Cu_2Fe相,Cu含量降低后晶界上的粗大析出相明显减少;断口分析表明,Cu含量降低前拉伸断口中存在较多的Al_7Cu_2Fe第二相,Cu含量降低后Al_7Cu_2Fe第二相明显减少。     

W,Mo含量对700℃叶片用GY200镍基合金析出相及性能的影响

通过调整GY200型镍基高温合金中W,Mo的含量配比,设计了6种不同成分的合金。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、相分析等手段,研究W,Mo含量对GY200合金的析出相及性能的影响。结果表明合金强度随W,Mo含量增加而提高,塑韧性稍微有所下降,Mo,W总添加量达到一定时,强度不随合金元素添加量的变化而发生改变。W,Mo含量增加,合金在700℃下的强度增加,W添加量大于4%会恶化合金高温塑性。W,Mo含量的增加,γ',MC相含量增加,当W+Mo总量添加达到6%时,γ'含量不随W,Mo继续增加而变化。W,Mo原子进入γ'相中替代了Ni原子,W添加量在8%以内,进入γ'中的W占加入W的总质量分数维持在20%~30%之间;W,Mo添加对M23C6析出产生不同影响,未添加Mo的合金,W含量在4%以内,M23C6型碳化物析出数量较稳定,进一步提高W含量,析出减少。添加Mo后,W的添加量从2%提高到4%时,M23C6含量会急剧降低。     

铝锂合金高强化成分设计

总结了铝锂合金高强化成分设计的发展过程,综合了课题组主合金元素Cu、Li含量,微合金元素Mg、Ag、Zn及稀土(RE)元素等对Al-Cu-Li系铝锂合金力学性能及析出相影响规律的研究结果。铝锂合金中Cu/Li比例较低时有利于时效时δ′相(Al3Li)析出,但不利于强度的提高;而Cu/Li比增加则有利于时效时T1相(Al2CuLi)及θ′相(Al2Cu)析出,从而有效提高铝锂合金的强度。微合金化元素Mg能有效促进T1相形核析出,加速铝锂合金时效响应速度,提高T1相析出密度,进而提高铝锂合金强度;Mg+Ag及Mg+Zn复合添加能进一步促进T1相析出,提高T1相分布密度;Mg+Ag+Zn三元复合微合金化具有最好的促进T1相形核析出及提高铝锂合金强度的效果。在高Cu/Li比铝锂合金中添加微量RE元素将导致时效时含Cu强化相T1相及θ′相减少,降低铝锂合金强度。铝锂合金高强化成分设计的思路应是在Mg、Mg+Ag、Mg+Zn或Mg+Ag+Zn微合金化基础上,提高Cu+Li总量并保持较高Cu/Li比。     

Ni基粉末冶金高温合金平衡析出相的热力学研究

为了对Ni基高温合金进行优化设计,采用热力学计算软件Jmatpro与相应的Ni基高温合金数据库,对3代粉末高温合金René95、René88DT和René104合金的平衡相析出行为进行了热力学计算与比较研究。结果表明:3种合金的平衡相种类基本相同,主要平衡相为γ、γ’、碳化物M23C6和MC以及硼化物M3B2,但析出量、析出温度及范围存在差别。René104合金有较高的γ’相析出温度和较多的γ’相析出量,而René88DT合金的γ’相析出温度最低,γ’相析出量最少;Ta的添加使Nb元素在γ’相中的含量随温度降低先增加后减少的变化规律变为随温度降低而一直减少;另外,对于碳化物而言,René95和René88DT合金中的碳化物析出规律基本一致,只是析出量和析出温度区间不同,而René104合金与它们存在一定差别。     

液相烧结制备电力开关用W-7Cu-xNi合金微观组织及性能分析

为了提高电力开关用W-7Cu合金的综合性能,通过添加Ni元素方式对其进行加强,以液相烧结、机械球磨方式制备得到包含不同Ni含量的W-Cu合金。通过实验测试手段对其微观组织及物理性能进行了施压测试分析。研究结果表明：逐渐提高Ni含量后,形成了更大尺寸W颗粒,相邻颗粒间距降低。W-Cu-4%Ni合金界面形成更优润湿角,获得具有连续网状分布的Cu相,改善了W-Cu组织的分布均匀性,此时Ni元素已经完全与Cu相相溶。当Ni含量提高后,W-Cu合金获得了更大的硬度与致密度,热导率下降,相对密度增加。当加入4%的Ni时,致密度达到了95.6%,热导率从161 W/(m·K)降低为96.4 W/(m·K),获得了致密度更大合金。     

稀土Nd对活塞用Al-Si合金显微组织和力学性能的影响

研究了Nd含量对活塞用Al-Si合金的组织演变和力学性能的影响。通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析了Nd对该合金凝固过程中析出相的形貌和分布的影响。并对其力学性能进行了测试研究。结果表明:当Nd含量≤0.3%时,随着Nd含量的增加,α-Al基体得以细化。在Nd含量0.3%时,初生硅的等积圆直径较未添加Nd时减小了73%,当Nd含量增加至0.8%及以上时,合金中出现了富稀土相,其力学性能显著降低。Nd含量为0.3%的Al-Si合金的350℃抗拉强度较未添加Nd的Al-Si合金提高了29.8%。由于Nd元素聚集在AlCuNi相周围,造成了成分过冷,抑制了AlCuNi相的长大,AlCuNi相由粗大的骨骼状转变为细小的棒状。     

形状记忆特性优良的铁基形状记忆合金

日本钢管公司新研制成功一种形状回复率高达5％以上的铁基形状记忆合金。该合金含Cr 5～20％,Si 2～8％,另加Mn(0.1～14.8％),Ni(0.1～20％)、Co(0.1～30％)、Cu(0.1～3％)、N(0.001～0.4％)之中的至少一种元素,并满足公式Ni+0.5Mn+0.4Co+0.06Cu+0.002N≥0.67(Cr+1.2Si)-3,以确保形成奥氏体组织。考虑优良的形状记忆特性须满足下列条件:1)在规定温度下对合金进行塑性加工前,合金必须主要由γ母相组成,而且,在该温度下加工时,发生由母相转变为ε马氏体;2)γ相的堆垛层错能低,在塑性加工时,由γ母相转变为ε马氏体,而不转变为α′马氏体;3)γ屈服强度必须相当高,在塑性变形时,在合金结晶结构中不发生滑移变形。     

Sn替代Ni对R-Mg-Ni基合金结构和电化学性能的影响

采用元素替代的方法,研究了Sn元素部分替代Ni元素对La0.72Nd0.08Mg0.2Ni3.4-xSnxAl0.1(x=0~0.14)电极合金结构和电化学性能的影响。通过感应熔炼、退火处理、粉碎过筛后得到合金样品。X射线衍射(XRD)分析表明该合金为多相结构,包括(La,Mg)2Ni7(Gd2Co7型和Ce2Ni7型)、(La,Mg)5Ni19(Pr5Co19型)、(La,Mg)Ni3(Pu Ni3型)和La Ni5相(Ca Cu5型)。结构精修显示合金主相由Gd2Co7型(La,Mg)2Ni7相依次变化为(La,Mg)5Ni19,La Ni5相。恒电流充放电测试表明,合金放电容量最大值为387.4 m Ah·g-1。加入Sn后合金电极的放电容量下降,这与合金中相含量的变化是有关系的。Sn的加入导致合金中高吸氢相(La,Mg)2Ni7相的减少,而吸氢能力相对小的(La,Mg)5Ni19相和La Ni5相含量不断增加。高倍率放电测试表明随着Sn元素加入,高倍率放电性能下降。电化学循环稳定性测试表明随着Sn元素含量的增加,合金电极循环寿命先增加后下降。当Sn含量x=0.06时,在100次电化学循环后放电容量保持率达到最高水平83.8%。     

0Cr20Ni65Ti3AlNb合金平衡析出相热力学计算

利用JMatPro热力学计算软件,对0Cr20Ni65Ti3AlNb合金的平衡析出相和非平衡凝固过程进行了模拟计算。结果表明：合金的主要平衡析出相有γ相、γ′相、MC和M₂₃C₆型碳化物相、η相,合金的非平衡凝固过程中Nb、Ti元素偏析比较严重,会降低合金的初、终熔点;Al含量对γ′相析出温度和析出量影响最大;C是MC和M₂₃C₆型碳化物相主要形成元素,对其析出温度和析出量起决定作用;η相的开始析出温度和析出量主要受Ti含量影响,过多的η相析出会影响合金的机械性能,因此,在成分设计过程中需合理控制合金的Ti含量。     

高强度Ti-Cu-Fe-Si-Nb树枝晶-超细晶复合材料的结构与力学性能

通过合金成分设计和铜模铸造开发出了不含高生物毒性元素Ni且具有高强度和良好室温塑性的Ti_(64)Cu_(25-x)Fe_(10)Si_1Nb_x(x=1,3,5,7;%,原子分数)树枝晶-超细晶结构复合材料,并研究了Nb元素含量对该系合金微观结构和力学性能的影响。研究结果表明, Ti_(64)Cu_(25-x)Fe_(10)Si_1Nb_x(x=1, 3, 5, 7)合金由β-Ti相、亚微米级CuTi_2和CuTi_3相组成。随着Nb元素含量的增加,合金中β-Ti相的体积分数增大,且当Nb含量为5%和7%时,β-Ti相呈枝晶状且分布较均匀。该系合金表现出高压缩断裂强度和硬度,分别为2125～2230 MPa和HV 505～520;压缩塑性应变为3.4%～14.3%,随着Nb含量的提高而增大。因此,通过Nb元素合金化能够有效调控Ti-Cu-Fe-Si-Nb系合金的相组成和力学性能,所开发的Ti-Cu-Fe-Si-Nb合金具有作为手术器械材料在生物医用领域应用的前景。     

以r"—Ni_3Nb强化的GH169合金相分析

GH169合金系时效强化镍-铬-铁基合金(铌>5%),其主要强化相是γ″-Ni_3Nb.此外,还析出γ′-Ni_3Al、δ-Ni_3Nb、NbC及微量的AB_2、μ、M_6C等相.合金中的γ″相是在1968年才发现的,因此对于它的电化学行为及化学性质的研究还很不够.本文就γ″相的电解离析条件的选择;析出相的化学分离及热处理制度对γ″、γ′、δ-Ni_3Nb及NbC等析出数量的影响作了一些研究,并确定了本合金中析出的γ″、δ-Ni_3Nb、NbC的化学组成式.     

Au对Al-1.7Cu合金均匀化的影响

分别对Al-1.7Cu和Al-1.7Cu-Au(摩尔分数,%)合金铸锭在530℃/24 h条件下进行均匀化处理,采用X线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X线能谱仪(EDS)和电子探针(EPMA)等对合金的形貌与结构进行观察与分析,研究微合金化元素Au对该合金均匀化过程的影响以及Au在铸态和均匀化态合金中的存在形式。结果表明:铸态Al-1.7Cu和Al-1.7Cu-Au合金均析出大量Al_2Cu相,但Al-Cu-Au合金还析出一定量的Al-Cu-Au相,该相主要沿晶界分布,其形貌与初生Al_2Cu相明显不同,为白色骨头状组织,化学计量比为Al_2(Cu_(0.5),Au_(0.5))均匀化后初生Al_2Cu相大部分回溶,而Al_2(Cu_(0.5),Au_(0.5))相为难溶相,只发生熔断球化,其中的部分Cu回溶,化学计量配比转变为Al_2(Cu_(0.25),Au_(0.75)):均匀化后Al-Cu合金的Cu完全固溶到Al基体中,而Al-Cu-Au合金中只有约90%的Cu固溶到Al基体中,约10%的Cu仍偏聚在Al_2(Cu_(0.25),Au_(0.75))相中。可见添加微量Au影响Al-Cu合金中Cu原子的扩散和偏聚情况。     

快速凝固Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的显微组织和析出过程

利用X射线衍射、DSC、透射电镜和能谱分析研究了快速凝固Al 4Cu Mg 3Fe 4Ni (质量分数 )合金急冷态和退火态的显微组织 ,同时测定了该合金的显微硬度。结果表明 :快凝合金急冷态组织为过饱和α Al基固溶体和Al3 Ni相 ;当快凝合金经 4 0 0℃× 1h处理后 ,有少量S相 (CuMgAl2 )析出 ;快凝合金经 4 0 0℃× 9h处理后 ,出现了FeNiAl9弥散相 ;在合金组织中未见Al Cu Fe和Al Cu Ni相。随时效时间的增加 ,快凝合金的显微硬度不断增加 ,达到峰值后硬度缓慢下降 ,之后随FeNiAl9析出硬度又重新增加。     

稀土La对(Ag-Cu_(28))-25Sn-xLa合金微观结构及凝固机制的影响

研究了稀土La对(Ag-Cu28)-25Sn-xLa合金微观结构的影响,并探讨了稀土La含量的变化在其凝固过程中的作用。采用高频感应加热熔炼,经水淬制得(Ag-Cu28)-25Sn-xLa合金。通过XRD,SEM,EDS等分析手段,研究了合金的物相组成、凝固组织及元素分布情况。研究结果表明:微量的稀土La足以改变(Ag-Cu28)-25Sn合金的凝固过程;La含量不大于0.5%时,合金的物相组成为Ag3Sn,Cu3Sn和Cu6Sn5相;当La含量不小于1.0%(质量分数)时,合金的物相组成为Ag3Sn和Cu3Sn;同时,随La含量的增加合金的凝固组织不断细化,且有利于Ag(Sn)固溶体初生相的析出。     

Er对铸态Al-Cu-Si系合金微观组织和力学性能的影响

利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、差示扫描量热仪（DSC）和拉伸实验等测试手段，研究Er对Al-Cu-Si铸造铝合金凝固结晶相析出顺序、种类、形状和数量的影响，并揭示了铸态显微组织与宏观力学性能之间的关系。结果表明：添加Er后，AlCu-Si合金晶粒未出现明显的细化。Er能显著地变质Al2Cu和Si相，使得合金的力学性能大幅提升。Er能够促使富Er相析出。当Er含量在约0.1%（质量分数，下同）时，析出平均长度为8.0～16.0μm的短棒状低Er浓度富Er相；当Er含量超过0.1%时，析出长针状高Er浓度富Er相，其平均长度增加到22.3～43.0μm。Er的合适添加量为0.1%，延伸率较不添加Er时提高了97.8%，抗拉强度提高了26.0%。以Er含量为0.5%的合金为例，Al-Cu-Si合金凝固结晶相析出顺序为α-Al→高Er浓度的富Er相→低Er浓度的富Er相→共晶（Al2Cu+Si）。