晶界工程对面心立方金属材料性能的影响

对近年来面心立方金属晶界特征分布优化研究进行了总结,从提高晶界比例的工艺方法及影响因素,到晶界的形成机制,对面心立方金属性能产生的影响提出研究成果,并对其中一些参数和理论进行阐述。本文分析了低层错能的面心立方金属材料晶界特征对材料性能的影响,阐述了对室温力学性能、高温力学性能、高温析出行为、高温氧化性能、高温蠕变性能以及材料热腐蚀行为的影响规律,为晶界工程的应用提供了依据。     

稀土对镍基高温合金性能影响的电子理论研究

为从理论上解释稀土元素在镍基高温合金晶界区的行为本质,建立了镍基高温合金γ相大角度重位点阵晶界模型,应用Recursion方法计算了晶界偏聚稀土元素时的态密度,稀土在晶界的偏聚能以及稀土原子间的相互作用能。计算结果表明:晶界区含有稀土时,态密度双峰的高度有所降低,态密度在高能区明显上移,稀土含量越多其对晶界态密度的影响也越大;稀土原子偏聚于晶界,且主要偏聚于晶界的压缩区;稀土原子间相互排斥,因此在晶界区易形成有序相。稀土与杂质硫相互吸引,其结果是分散和固定部分杂质,改善合金高温性能。     

n相对CZ63合金高温力学性能的影响

本文着重研究了η相形成过程及其形态、分布状况和对合金高温力学性能的影响。η相是该合金在过时效时形成的。当η相处于萌生状态时,尽管沿晶界存在,对合金的高温力学性能影响不大。当η相成为粗大片状沿晶界分布时,对该合金高温力学性能是非常有害的,使高温强度、高温持久性能、高温冲击性能下降,但对高温塑性没有影响。     

Ta-10W合金的高温断口分析

为了研究Ta-10W合金在高温下的塑性变形机制,对再结晶状态的Ta-10W合金棒材在1000～2000℃进行了高温力学性能测试后,对该合金在各个高温下形成的拉伸断口进行了研究分析。研究表明：Ta-10W合金从1000～2000℃的高温塑性变形呈现出金属在高温下变形的一般规律：随着温度的升高,Ta-10W合金的塑性变形机制由以滑移为主的变形机制向以晶界滑动和转动为主的变形机制转变;该合金在高温变形中存在着加工硬化和动态回复或再结晶两个相反的过程,且动态再结晶对塑性的贡献高于动态回复。     

钼合金化的研究现状

综述了钼和钼合金的致脆机理,详细介绍了固溶强化、钾泡强化、稀土氧化物掺杂强化以及其他强化方式改善钼合金的室温脆性、高温力学性能等研究现状,着重分析了稀土氧化物对钼合金的韧化作用并说明了稀土掺杂工艺对钼合金性能的影响,指出复合机制的合金化方式、改善高温的抗氧化性能和作为功能材料的应用是当前人们研究钼合金面临的新挑战。     

GH1016合金高温状态下晶界的强化与韧化

本文对GH1016合金750℃高温状态下晶;界状态进行了研究,决定该合金750℃高温塑性关键在于晶界碳化物形貌及M6C量多少,并阐述了该合金晶界碳化物转化机理及两种在晶界产生颗粒链状M6C碳化物途径：一是合金本身中控制一定量的微量残Ca、Mg;二是等温热处理工艺。     

Sc在铝合金中的微合金化作用机理

综述国内外含钪铝合金的研究历史与现状,论述钪的细化合金晶粒、提高再结晶温度、改善合金力学性能、提高抗腐蚀性能以及改善焊接性能的作用机理,重点介绍第一性原理、嵌入原子势模型和经验电子理论对含钪铝合金形成焓与结合能等热力学性质计算以及相稳定性研究的最新进展,最后论述钪对改善铝铜系合金综合性能的作用机制。     

Al-Zn-Mg系铝合金应力腐蚀性能

研究了热处理制度和时效工艺的改变对Al-Zn-Mg系铝合金的组织结构、力学性能和应力腐 蚀性能的影响。研究结果表明:高温预析出可以改变Al-Zn-Mg系铝合金晶界的析出相大小和分 布,从而改善其抗应力腐蚀性能;在T6和T612种人工时效条件下,预析出的合金的抗应力腐蚀 性能均好于无预析出的合金。在自然时效状态下,引入超声波,对无预析出合金的应力腐蚀性能 进行了初步探索,发现超声波可以提高合金的抗应力腐蚀性能,而对合金的硬度无影响。     

马弗炉用镍基合金高温性能研究

在不同试验条件下比较不同镍基耐热合金的耐高温氧化及抗碳化性能,分析不同成分体系对镍基耐热合金长期高温性能的影响。研究表明,Al、Ni及Cr含量相对高的合金易形成氧化物保护膜,阻碍物质的扩散,从而提高了材料的抗高温氧化性能,同时,提高有利于晶界结合力的微量元素含量有助于提高合金的长期抗氧化、渗碳、蠕变等高温性能。     

高温预析出对Al-Zn-Mg-Cu铝合金显微组织和力学性能的影响

通过光学显微镜和IEM观察和力学性能测试,分析了固溶后高温预析出处理对Al-Zn-Mg-Cu铝合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:高温预析出可在晶界形成不连续的析出相,465℃预析出在保证合金硬度的同时,使抗应力腐蚀性能提高,随着预析出温度的降低合金的电导率和抗应力腐蚀开裂性能均得到提高。     

M23C6析出相对节镍型奥氏体不锈钢冷轧表面裂纹的影响

为找出生产的节镍型奥氏体不锈钢冷卷表面裂纹形成原因,通过光学显微镜、扫描电镜对表面裂纹进行检测分析并结合热处理试验及热力学软件JMatPro进行分析计算研究。检测分析发现裂纹处晶界存在大量的析出相,据此推测析出相是导致钢材冷轧形成表面裂纹的主要原因。模拟连续退火工艺开展热处理试验,结果表明正常退火工艺无法完全消除热轧工序钢卷晶界处聚集的大量析出相。计算研究该成分体系下奥氏体不锈钢的平衡相图,结合能谱及透射电镜衍射斑点分析,结果表明M₂₃C₆碳化物的沉淀温度范围为500～925 ℃,钢卷从高温缓慢冷却下来会析出M₂₃C₆碳化物,析出鼻温区为850～900 ℃。以此结合实际工艺流程对减少钢卷中M₂₃C₆碳化物析出提出了可能的措施。     

新型奥氏体耐热钢C-HRA-5原位拉伸断裂机理

 断裂机理是材料力学性能研究的主要方向之一。为了阐明C-HRA-5钢单轴拉伸断裂机理,通过原位SEM观察拉伸全过程,对该耐热钢内部微裂纹萌生—扩展—断裂进行了深入分析。结果表明,C-HRA-5钢在室温和700 ℃下都表现出典型的韧性断裂特征。材料断裂主要受到M₂₃C₆相和MX相的影响,微裂纹由M₂₃C₆相聚集的三叉晶界处萌生。室温时,微裂纹与晶内MX相处裂纹相连,形成穿晶裂纹;高温时,微裂纹在剪应力的作用下形成局部穿晶裂纹,导致材料最终失效。     

Study on microstructure and mechanical properties of martensitic stainless steel 6Cr15MoV

Martensitic stainless steel containing 12%-18%Cr have high hardness due to high carbon content. These steels are common utilized in quenching and tempering processes for knife and cutlery steel.The properties obtained in these materials are significantly influenced by matrix composition after heat treatment,especially as Cr and C content.Comprehensive considered the hardness and corrosion resistance,a new type martensitic stainless steel 6Cr15MoV has been developed.This study emphatic researches the effect of heat treatment processes on microstructure and mechanical properties of 6Cr15MoV martensitic stainless steel.Thermo-Calc software has been carried out to thermodynamic calculation;optical microscope（OM）,scanning electronic microscope（SEM） and transmission electron microscope（TEM） have been carried out to microstructure observation;hardness and impact toughness test have been carried out to evaluate the mechanical properties.Results show that the equilibrium carbide in 6Cr15MoV steel is M₂₃,C₆ carbide,and finely distributed of M₂₃C₆ carbides can be observed on annealed microstructure of 6Cr15MoV stainless steel.6Cr15MoV martensitic stainless steel has a wider quenching temperature range,the hardness value of steel 6Cr15MoV can reach to 60.8 -61.6 HRC when quenched at 1060 - 1100℃.Finely distributed carbides will exist in quenched microstructure,and effectively inhabit the growth of austenite grain.With the increasing of quenching temperature,the volume fraction of undissolved carbides will decrease.The excellent comprehensive mechanical properties can be obtained by quenched at 1060-1100℃with tempered at 100-150℃,and it is mainly due to the high carbon martensite and fine grain size.At these temperature ranges,the hardness will retain about 59.2-61.6 HRC and the Charpy U-notch impact toughness will retain about 17.3-20 J.The morphology of impact fracture surface of tested steel is small dimples with a small amount of cleavage planes.The area of cleavage planes increases with the increasing of tempering temperature.     

Characterization of precipitates in 9%Cr heat resistant steel

Precipitation strengthening as well as solution strengthening is key mechanism for heat resistant steels.It is very important to characterize the precipitates in 9%Cr ferrite heat resistant steels,especially to show the nanometer-sized particles.By transmission electronic microscope attached with an energy dispersive spectrometer as well as optical microscope,scanning electronic microscope,the microstructure and chemical composition of precipitates in a 9%Cr heat resistant steel after different heat treatments were investigated.It was found that the microstructure of normalized sample was martensite with fine NbC and Fe₃C.The microstructure of tempered sample is tempered martensite,and there mainly were two types of precipitates,M₂₃C₆ with the size range of 50 - 300 nm and MX with the size of 10 - 100 nm.Superfine M₂₃C₆ precipitated preferably on prior austenitic grain boundaries and martensitic lath boundaries,while nanometer-sized MX precipitates were distributed randomly. After short-term creep,Laves phase formed along grain boundaries of the 9%Cr steel,and M₂₃ C₆ and MX precipitates were found to become coarser.More information about precipitates in the 9%Cr steel had been exhibited by atomic force microscopy.Thereby,distribution,size and shape of the precipitates as well as their compositions and structures were revealed.     

高碳马氏体不锈钢8 Cr13 MoV钢铸态组织及碳化物

利用Thermo-Calc软件对8Cr13MoV马氏体不锈钢的凝固过程进行计算,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪对铸态组织和碳化物形貌以及类型进行观察与分析,利用Gleeble热模拟试验机测定材料的静态连续冷却转变曲线.结果表明,8Cr13MoV在平衡凝固条件下组织为铁素体和M₂₃C₆型碳化物,而在实际的凝固条件下,组织为铁素体、马氏体、残余奥氏体、M₇C₃型和M₂₃C₆型碳化物,由于偏析导致最终组织中碳化物以M₇C₃型为主,少量M₂₃C₆以薄片或树枝状分布在晶界上.由于较高的C和Cr含量,以0.1℃·s-1的冷却速率冷却时,奥氏体也会发生马氏体转变.      

钒对高铁制动盘钢中碳化物析出及力学性能的影响

随着列车时速不断提高,制动盘承受的热负荷不断增大,这对制动盘材料提出了更高的要求.为了提高制动盘钢的机械性能及耐热疲劳性,钒元素被添加到制动盘钢中.本文研究了不同淬火温度时V含量对Cr-Mo-V系制动盘钢组织及力学性能的影响,并通过Thermo-Calc热力学软件、碳复型、透射电镜、能谱分析等方法对不同V含量时析出相的演变规律进行研究.结果表明,增加钒含量使高温析出的V（C,N）含量增加,细化奥氏体晶粒和回火马氏体组织.淬-回火态析出相主要为V（C,N）、（Mo,V）C、M₇C₃和M₂₃C₆.随钒含量增加,大尺寸M₂₃C₆和M₇C₃的析出被抑制,对韧性损害降低;小尺寸（Mo,V）C含量增多,析出强化效果增强.淬火温度为880~900℃时,增加钒含量能细化马氏体和减少大尺寸碳化物,弥补了析出强化对韧性的损害,故冲击功变化不大.淬火温度为920~940℃时,提高钒含量促使（Mo,V）C量急剧增加,冲击功快速下降.实验钢淬火温度不应超过900℃.      

Investigation on the strengthening mechanism of S30432 austenitic heat-resistant steel

From the viewpoint of energy-saving and environment protection,it is necessary to develop Ultra Super Critical（USC） fossil-fired power plants.In order to ensure the reliable operation of power plants under high steam conditions,good mechanical properties（particularly high creep strength）,corrosion resistance and fabricability are generally required for the heat resistant steels used in USC boilers.Among these heat-resistant steels,S30432 austenitic heat-resistant steels are of interest due to high creep strength,excellent oxidation and corrosion resistance at temperatures up to 650 -700℃.In this paper,the strengthening mechanism of S30432 austenitic heat-resistant steel was investigated based on the precipitation behavior of S30432 during aging and creep at 650℃.Results show that the microstructure of as-supplied S30432 steel is austenite,the main precipitation consists of only Nb（C,N）.After aged for 10 000 h or crept for 10 712 h,there is a slight increase in the size of fine Nb（C,N）,but the transformation from Nb（C,N） to NbCrN does not occur.Aging and creep results in the precipitation ofε-Cu and M₂₃C₆.The coarsening velocity ofε-Cu particles diminishes greatly and they are still very fine in the long-term creep range.With the increase of aging and creep time M₂₃C₆ carbides tend to coarsen gradually.The size of M₂₃C₆ is larger and the coarsening is easier in contrast toε-Cu and Nb（C,N）.Nb（C,N） precipitates in the as-supplied microstructure,while aging and creep result in the precipitation ofε-Cu and M₂₃C₆.High creep rupture strength of S30432 steel is attributed to the precipitation hardening ofε-Cu,Nb（C,N） and M₂₃C₆.Extremely,ε-Cu plays an important role in improving the creep rupture strength of S30432,and at least 61%of the creep rupture strength of S30432 at 650℃results from the precipitation hardening ofε-Cu particles.     

热处理对四代核电用镍基合金薄壁管组织与性能的影响

利用热力学计算软件JMatPro分析了钍基熔盐堆用Ni-Cr-Mo系高温合金GH3535相析出的热力学及动力学特征,研究了不同热处理制度对冷轧态GH3535合金无缝管的晶粒尺寸及其均匀性、碳化物析出特征、硬度、拉伸性能等的影响规律,观察了不同热处理制度下合金拉伸断口的微观形貌,分析了GH3535合金的拉伸断裂机制. 结果表明:在900~1500℃之间,GH3535合金的平衡析出相为富Mo的M₆C型碳化物,M₆C相在固液两相区时便已经开始形成,M₆C相析出所对应的鼻尖温度为1200℃;固溶温度低于1200℃时,合金晶粒尺寸缓慢长大,当固溶温度提高到1230℃,晶粒出现快速长大,平均晶粒尺寸达到160 μm;1180℃保温10 min,合金晶粒尺寸的均匀性较好. 随着固溶温度升高,合金强度降低、延伸率增加,GH3535合金的拉伸断裂机制为微孔聚集型.      

硼元素对FB2钢组织和力学性能的影响

 为了研究硼含量对FB2钢组织和力学性能的影响,先对5组不同硼含量的FB2钢用维乐试剂(1 g苦味酸+5 mL盐酸+100 mL无水乙醇)浸泡腐蚀90 s后进行形貌观察与分析。通过SEM-EDS观察分析基体中M₂₃C₆型碳化物,然后用Image-pro plus软件对析出相的尺寸进行分析。接着采用日本岛津制造所生产的AG-XPLUS 100 kN万能试验机,对5组不同硼含量的FB2钢进行室温拉伸试验和室温冲击试验。最后对5组不同硼含量的FB2钢进行组织和力学性能的分析。结果表明,FB2钢中的硼元素可以抑制M₂₃C₆型碳化物的长大粗化,但是硼元素易于与氮元素形成BN夹杂物。随着硼含量的增加,M₂₃C₆型碳化物的平均尺寸呈现降低的趋势,BN夹杂物的单位数量和平均尺寸呈现增大的趋势。FB2钢的室温拉伸性能随着硼含量的增加先升高后降低,并且在硼质量分数为0.010%时FB2钢的室温拉伸性能达到最强。当硼质量分数由0增加到0.010%时,FB2钢的室温拉伸性能升高,这是由于硼元素的加入抑制了M₂₃C₆型碳化物的粗化,从而提升了FB2的强度;当硼质量分数由0.010%增加到0.030%时,FB2钢的室温拉伸性能降低是由于硼元素与氮元素结合形成了BN夹杂物,引起应力集中,且大尺寸的BN夹杂物诱发了孔洞的形成,降低了FB2钢的性能。FB2钢的冲击功随着硼含量的增加呈现降低的趋势,且当硼质量分数为0.020%和0.030%时,冲击功出现了骤降,这是由BN夹杂物的单位数量、平均尺的上升和大尺寸BN及杂物的析出导致的。     

回火温度对COST-FB2转子钢析出相与力学性能的影响

 为了调整COST-FB2转子钢的强韧性,采用OM、SEM和TEM等手段研究了回火温度对COST-FB2转子钢的析出相类型与力学性能的影响。结果表明,随着回火温度由350 ℃升高到750 ℃,试验钢的强度、硬度不断下降,塑性和冲击功上升;试验钢350 ℃和570 ℃回火后的高强低韧性可通过再次在700 ℃回火改善。淬火后COST-FB2转子钢中的残余奥氏体,可通过在570 ℃回火消除;在350 ℃和570 ℃回火后马氏体板条内部有大量针状的M₃C,700 ℃回火后的显微组织中M₃C消失,M₂₃C₆在原奥氏体晶界和马氏体板条界上析出,750 ℃回火后晶界上的M₂₃C₆有聚集粗化的现象,部分马氏体板条存在回复现象。