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。     

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     

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。     

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     

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。     

基于平衡晶界偏聚理论的步冷试验脆化机理研究

应用平衡晶界偏聚理论和等效时间概念,计算2.25CrlMo钢步冷试验各等温阶段和冷却阶段在某一温度(524℃)下的等效时间,由此获得该温度和等效时间下材料杂质元素P的晶界偏聚量.步冷试验以及步冷试验 524℃×27h条件下杂质元素P的晶界偏聚量计算和试验结果表明:应用平衡晶界偏聚理论解释和预测步冷试验条件下材料回火脆化性是可行的;采用较高温进行等温脆化可以达到加速脆化的目的,但不能达到加深脆化的目标;步冷试验是一种有效并且较为优化的加速材料回火脆化的试验方法.     

回火脆性的杂质—空位复合体非平衡偏聚机制

提出了钢回火脆性的杂质－空位复合体机制。研究了４０Ｃｒ钢５３８℃长时间回火脆化动力学，发现５０％ＦＡＴＴ（脆韧转变温度）随回火时间变化的规律与所提出的机制吻合较好。用扫描电镜观察冲击断口形貌，表明沿晶断口的比例呈规律性变化。用俄歇电子谱仪测定了晶界磷浓度的变化。     

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。     

NON-EQUILIBRIUM SOLUTE SEGREGATION TO AUSTENITIC GRAIN BOUNDARY IN FERRUM-NICKLE ALLOY

1. IntroductionNon-equilibrium segregation of solute atoms at grain boundaries has been fOund inmany alloy systems and always been an interesting study topic. The non-equilibriumsegregation of boron at austenitic grain boundaries in low carbon steel is a typical example.A series of experimental studies indicate that the alloy system, the type and concentratiollof solute atoms, the binding energy of solute atoms with vacancies, heat treatment history,heating temperature and cooling rate have le…     

Solute Segregation to Grain Boundaries in Al: A First-Principles Evaluation

Solute-induced grain boundary(GB) strengthening is eff ective in improving the toughness and tensile strength of polycrystalline alloys. In this work, GB segregation behaviors of solute elements in Al alloys and their potential eff ects on GB binding have been systematically investigated from fi rst-principles energetics. The low-energy Σ3(111) and Σ11(113) are immune to vacancy segregation, while high-energy Al GBs, such as Σ13(320), Σ9(221), Σ5(210), and Σ5(310), can attract both vacancies and...     

NON-EQUILIBRIUM SEGREGATION OF SOLUTE TO GRAIN BOUNDARIES

In consideration of the local equilibrium among vacancies,solute atoms and vacancy-soluteatom complexes and the influence of equilibrium grain boundary segregation,theoretical dy-namic formulas for non-equilibrium grain boundary segregation of solute have been derivedon the basis of the vacancy-dragging mechanism.Theoretical calculation by computer hasbeen carried out for the non-equilibrium segregation of boron to austenitic grain boundariesduring isothermal holding and continuous cooling after heating at high temperatures.The re-suits agree well with those obtained from experiments.     

MECHANISM OF NON-EQUILIBRIUM SEGREGATION OF SOLUTE TO GRAIN BOUNDARIES

本文以空位-溶质原子拖曳机制为基础,并考虑了空位、溶质原子和复合体三者的反应平衡及晶界平衡偏聚的作用,得到了溶质原子的非平衡晶界偏聚动力学方程。对硼在奥氏体中等温及连续冷却时所产生的非平衡晶界偏聚现象进行了理论计算,得到了与实验较为一致的结果。     

碳含量对含钼钢中磷、钼和碳晶界偏聚的影响

采用俄歇剥层分析测定了经 116 0℃淬火和 40 0～ 6 5 0℃回火的Fe 4Mo 0 1P C钢中磷、钼和碳的晶界偏聚。研究了碳含量对含钼钢中磷、钼和碳晶界偏聚的影响 ,以及碳和磷、碳和钼、磷和钼的交互作用。研究结果表明 ,在含钼钢中提高碳含量可降低在回火脆温度范围内磷的晶界偏聚 ,增加钼的晶界偏聚。碳的晶界偏聚随钢中碳含量的增加而增加。钼和碳、钼和磷具有晶界共偏聚行为 ,而碳和磷却产生相互排斥和 或占位竞争作用     

超低碳钢等温过程中杂质的晶界偏聚研究

用俄歇电子能谱（ＡＥＳ）和扫描电镜（ＳＥＭ）研究了超低碳钢在９００℃等温时Ｐ、Ｓ、Ｃ、Ｂ等杂质元素在晶界的偏聚问题。结果发现,等温初期Ｐ、Ｂ在晶界的含量出现峰值,保温一定时间后,晶界Ｓ含量也出现峰值,碳的晶界含量随等温时间递增。长时间等温,偏聚到晶界的组元发生相互作用和位置竞争     

Ti14合金半固态变形的晶界偏析行为

以新型阻燃钛合金Ti14(α+Ti2Cu)为对象,研究了合金在半固态条件下的晶界偏析行为.结果表明,Ti14半固态变形使得Cu元素在晶界偏聚,冷却后以Ti2Cu相偏析于晶界,偏聚和偏析过程与半固态变形温度具有较大的相关性;同时,提出了Ti2Cu相形核和析出长大动力学模式,并用非经典形核长大理论进行了解释.