Analysis of microstructure and corrosion behavior of laser surface alloyed zircaloy-4 with niobium

The influence of laser surface alloying (LSA) with niobium (Nb) on the corrosion and mechanical properties of Zircaloy-4 was examined by potentiodynamic polarization testing in a chloride solution at 80°C and microhardness testing. The results are discussed with the structural and compositional variations in the LSA layer determined by X-ray diffraction (XRD), a scanning electron microscope (SEM) and a wavelength dispersive spectrometer (WDS). The LSA on Zircaloy-4 precoated with Nb produced a Nb-alloyed layer 200~300 μrn thick with 1.3~2.5 wt.% Nb, depending on the laser beam power. The alloyed layer was composed of a mixed structure of α-Zr and β-Zr phases with the (β-Zr phase increasing with the Nb content in the alloyed layer. The LSA with Nb increased the microhardness of Zircaloy-4, which was attributed primarily to the grain-size refinement of rapid cooling and, also, to the solid solution hardening with Nb. The resistance to the localized corrosion of Zircaloy-4 in a chloride solution significantly improved through LSA with Nb, which was attributed to the combined effects of the fine rapidly cooled microstructure and to the Nb alloying.     

Microstructures of the scales formed on zircaloy-4 in steam at elevated temperatures

The ZrO ₂ scales formed on Zircaloy-4 PWR tubes during corrosion in steam in the temperature range of 1000–1300°C have been found to contain a metallic phase that is relatively rich in Sn. The precise composition of the metallic phase has not been determined. Most of the metallic phase is located in a line of metallic particles, which is oriented parallel to the alloy-scale interface and located near the center of the scale. The exact morphology of the scale on either side of the particle line has not been identified. The oxide between the metallic particles and the scale-steam interface contains very little Sn, except for a narrow zone adjacent to the scale-steam interface, which was formed in the beginning of the reaction. It appears that the scale between the metallic particles and the alloy-scale interface consists of thin columnar grains of ZrO ₂ with a very fine metallic phase probably located at the ZrO ₂ grain boundaries. The experimental evidence presently available indicates that the metallic phase exists in the scales at the reaction temperature. If the metallic particles were rich enough in Sn, then a liquid metallic phase would exist in the oxide during the reaction. Kinetic studies demonstrate that these particles move with respect to the scale-steam interface toward the center of the alloy during the course of the oxidation reaction. It appears that the presence of the line of metallic particles could, under certain conditions, markedly influence the mechanical properties of the oxide scales formed on Zircaloy-4.This research was sponsored by the U.S. Nuclear Regulatory Commission under an interagency agreement with Union Carbide Corporation.     

焊接热输入对TC4钛合金TIG焊接头组织和性能的影响

观察不同焊接热输入条件下TC4钛合金TIG焊接头的微观组织特征,分析接头力学性能、显微硬度及断口形貌。结果表明,焊缝主要为针状α'马氏体组成的网篮组织,未发现其他生成相。热影响区主要为α+β+α',且越靠近焊缝的热影响区晶粒越粗大,晶内马氏体越多、越密集。针状α'相尺寸随焊接热输入的增大而增大,马氏体取向亦更加混乱。接头抗拉强度随焊接热输入的增大而增大,在1 144 J/mm时达到912 MPa。不同焊接热输入下的接头硬度值随距焊缝中心距离的增大先降低后升高,并在距焊缝中心3~5 mm的粗晶区存在一软化区。随着焊接热输入的增大,接头平均硬度值增大,且软化区向母材方向偏移。TC4钛合金TIG焊接头的断裂方式属于脆性断裂。     

Effects of titanium on microstructure and mechanical properties of ZnAl4Yalloy

The effect of Ti on the microstructure and mechanical properties of zinc-aluminum ZnAl4Y alloy has been investigated in this work. Small amount of Ti was added into ZnAl4Y alloy in the form of Al-10wt.%Ti alloy. The results show that Ti addition into ZnAl4Y alloy refines the primary η-Zn phase and increases the amount of η-Zn + α-Al eutectic structure. There exists a ternary T phase in Zn-Al-Ti alloy. Fine TiAl3 particles and Ti-Zn compounds can serve as the nucleation sites of the α-Al and η-Zn phase, resp...     

热处理对TC4合金中厚板组织及性能的影响

研究了不同热处理制度对TC4合金中厚板的显微组织和力学性能的影响。结果表明,经800 ℃×1 h/AC(空冷)退火后,组织为球状α+少量的长条状α+少量β组织,其拉伸性能比热轧态略有下降;热轧后的TC4合金板材经960 ℃×80 min/AC固溶处理后,组织为双态组织,即初生α+针状（α+β）,其横向抗拉强度和屈服强度与普通退火态的相比分别降低了35 MPa和75 MPa。固溶后的TC4合金板经700 ℃×120 min/AC时效后,初生α相的含量变少,β晶粒尺寸变大,片状次生α相拉长并粗化,与800 ℃×1 h/AC退火相比,虽然拉伸性能有所降低,但性能更加均匀,各向异性不明显。热轧后的TC4合金板经1000 ℃×20 min/WQ（水冷）后,β相发生马氏体转变,组织为非常细小的针状组织,抗拉强度比普通退火略有提高,但屈服强度和塑性急剧下降。     

TC4线性摩擦焊接头的力学性能及组织变化特点

用自制的XMH-160型线性摩擦焊机进行了TC4线性摩擦焊试验研究.利用前期试验优化的工艺参数进行焊接,获得了100%焊合率的焊接接头.对焊后试件进行了拉伸性能试验,拉伸试件均断在远离焊缝的母材区,表明接头的力学性能指标超过了母材.对接头解剖后进行了组织分析和显微硬度测试,发现焊缝中部宽约60μm,边缘宽约110μm,焊缝两边的金属流线组织呈对称分布;焊缝中心区为α β超细晶组织,近缝区为不同程度的α β变形组织,但晶粒未明显长大;焊缝的显微硬度明显高于母材.接头组织的上述变化特点是拉伸力学性能和显微硬度均高于母材的主要原因.     

偏析对纳米贝氏体钢再纳米化焊缝组织性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜TEM和电子背散射衍射EBSD分析了焊接偏析对纳米贝氏体钢再纳米化焊缝中的残余奥氏体的影响.结果表明,焊接偏析导致了粗大奥氏体的形成,该粗大奥氏体集中分布于枝晶间位置.粗大奥氏体的含碳量低于块状奥氏体,稳定性降低.母材残余奥氏体尺寸为亚微米级且均匀分布,而焊缝残余奥氏体的平均晶粒尺寸为微米级,且分布不均匀.焊接偏析导致的焊缝残余奥氏体的变化对焊缝延伸率有重要影响.力学测试结果表明再纳米化焊缝强度与母材相当,延伸率明显小于母材.     

均匀化工艺对GH5188合金组织及力学性能的影响

利用JMatPro软件、金相显微镜、扫描电镜、能谱分析以及高温拉伸、高温压缩试验等方法,分析GH5188合金铸锭的溶质元素偏析规律、均匀化热处理过程的微观组织演变规律及均匀化过程对GH5188合金力学性能的影响。研究表明,GH5188合金的主要析出相为M₆C和M₂₃C₆,合金中的主要正偏析元素为W和Cr,负偏析元素为Ni和Co。采取1200℃×72 h的均匀化工艺,可以有效消除原始铸态块状析出相,消除W、Cr、Ni、Co等元素偏析,达到最合适的均匀效果。均匀化热处理后,GH5188合金的力学性能得到了提升,在1180℃拉伸、压缩条件下,抗拉强度达到158 MPa,变形抗力为244.29 MPa。     

回火温度对EA4T车轴钢显微组织及力学性能的影响

采用不同的回火温度(500、550、600和650 ℃)对EA4T车轴用钢进行调质热处理,使用OM、SEM、拉伸试验及冲击试验等测试分析了材料的显微组织和力学性能,研究了回火温度对EA4T钢显微组织及力学性能的影响。结果表明,随着回火温度的升高,回火组织转变为回火索氏体,EA4T钢强度有所降低,韧性及塑性提高。当回火温度升高至600 ℃以上时,EA4T钢的冲击断口形貌呈韧窝状。回火处理后,EA4T钢抗拉强度与硬度的经验公式为:R_m=2.9477V+45.59。     

不同冷速对TC4钛合金组织和性能的影响

对TC4钛合金进行了不同冷速的热处理,得到了不同层次（晶粒、丛域、片层）的显微组织,建立了以片层组织尺寸为基础的Hall-Petch关系。结果表明：随着冷却速率的增加,片层细化,对应的屈服强度和抗拉强度逐渐升高,塑性逐渐降低。片层尺寸和力学性能之间较好地吻合Hall-Petch关系,是影响力学性能的主要特征参量。     

热处理对TC4钛合金厚板组织和性能的影响

采用正交试验方法,研究了不同热处理制度对TC4钛合金厚板显微组织和力学性能的影响。结果表明,固溶温度对合金显微组织、室温拉伸强度、塑性和断裂韧性影响很大。相变点下固溶时合金组织为双态组织,相变点上固溶时合金组织为魏氏组织;当固溶温度从975℃相变点下增加到1045℃相变点上时合金的强度变化不大,合金的塑性大幅下降,而合金的断裂韧性逐渐升高;TC4钛合金厚板在975℃/10 min+670℃/1 h热处理,可获得最佳强度-塑性匹配,在995℃固溶处理,670~760℃时效处理可获得最佳强度-韧性匹配。     

TC4/Ti60合金钎焊接头界面组织及力学性能

采用TiZrNiCu非晶钎料实现了TC4和Ti60异种钛合金的真空钎焊连接,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析手段研究了钎焊工艺参数对接头界面组织结构及力学性能的影响. 结果表明,TC4/TiZrNiCu/Ti60钎焊接头的典型界面结构为:TC4/α-Ti+β-Ti+(Ti,Zr)2(Ni,Cu)/Ti60. 随着钎焊温度升高或保温时间延长,片层状α+β相逐渐填充整条钎缝,(Ti,Zr)2(Ni,Cu)相含量减少且分布更加均匀. 接头室温抗拉强度随钎焊温度或保温时间的增加均先增大后减小,在990 ℃/10 min钎焊条件下所获接头抗拉强度达到最大为535.3 MPa. 断口分析结果表明,断裂位于钎缝中,断裂方式为脆性断裂.     

热处理温度对TC4ELI合金组织与性能的影响

为揭示TC4ELI合金随热处理温度的不同,显微组织、力学性能及相组成的变化规律,研究了TC4ELI钛合金经700~1000 ℃热处理并空冷的组织演变,进行了室温力学性能测试与XRD分析。结果表明:800 ℃热处理后,合金实现了再结晶,α相均匀等轴化,体积含量达到最大值。XRD图谱未出现β相的衍射峰,均为α相的衍射峰。700~800 ℃热处理时可以获得良好的综合性能,满足相关标准要求。850~950 ℃温度范围内,TC4ELI合金有二次针状α相析出,属于双态组织。随着温度的升高,由于合金中β相的晶粒粗化与含量增加,使得强度与弹性模量下降。1000 ℃热处理后,立方马氏体α′相具有较强的(002)_α′、(101)_α′衍射峰,其它晶面的衍射峰能量很弱,合金的弹性模量达最大值110 GPa。通过显微组织观察,推断TC4ELI合金α+β→β转变的开始温度处于850~870 ℃,终了温度处于950~970 ℃。     

SWRS82B盘条冷拔过程中显微组织和力学性能的变化

SWRS82B盘条通过热轧控冷获得95%以上的索氏体组织,其珠光体片层间距越小,冷拉拔过程中将具备越好的综合力学性能。随着钢丝拉拔应变量不断增大,珠光体片层间距不断减小,抗拉强度和屈服强度不断增大,伸长率不断下降。当珠光体片层间距由202 nm拉丝减小至60 nm以下,钢丝抗拉强度则由1371 MPa增大至2088.6 MPa,伸长率由11%降至7.16%;钢丝截面上的显微硬度值随着应变量的增加而增大,并表现出各向异性变化。     

两相区热处理对TC4-DT合金板材组织与性能的影响

对TC4-DT合金板材（α＋β）两相区在不同温度及冷却方式下进行热处理,研究其组织和性能的变化。结果表明,在两相区固溶处理得到等轴或双态组织,随着固溶温度的提高,初生α相含量减少,析出的β相转变组织略有粗化,合金强度升高,伸长率略有下降。两相区热处理后纵、横向的拉伸力学性能没有明显的各向异性。900℃固溶处理后,采用水冷方式固溶处理的合金在不明显降低塑性的情况下可提高拉伸强度。     

钨含量对高铬铸铁共晶组织及力学性能的影响

通过扫描电镜观察、Leica图像分析以及力学性能检测,探讨了钨含量从(0～4.11)wt%变化对高铬铸铁(27Cr)铸态共晶凝固组织和力学性能的影响。结果表明,当W含量在(0～2.92)wt%之间,随着W的增加,凝固组织共晶团尺寸逐渐减小,试样的冲击韧性随之改善,W在2.92wt%时共晶团尺寸最小,且碳化物分布均匀,对应的冲击韧度值为11 J.cm-2;当W含量从2.92wt%提高到4.11wt%时,共晶团尺寸增大,冲击韧度值由11 J.cm-2降低到9 J.cm-2。     

TiC含量对TC4合金激光熔覆层组织和性能的影响

采用激光熔覆工艺在TC4钛合金基体表面制备了添加不同质量分数(0%、2%、4%、6%)TiC的Ni60A复合熔覆层,通过光学显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪、摩擦磨损机分析了不同TiC含量对熔覆层组织及性能的影响。结果表明:未添加TiC的熔覆层组织以树枝晶为主,添加TiC后出现了花瓣状物相;XRD分析发现熔覆层中出现了AlCCr₂、Al_0.24B_0.01Ni_0.75等硬质增强相,这些能够显著提高熔覆层的硬度。显微硬度及摩擦磨损试验结果表明,添加TiC的熔覆层平均硬度均较基体硬度有大幅提高,摩擦因数显著降低,且随TiC含量的增加,熔覆层硬度先增加后降低,摩擦因数先降低后增加,4%TiC熔覆层的硬度最大,相比基体提高了213.3%,摩擦因数最小,为0.309 774。     

熔体超温处理对GH742返回料凝固组织和力学性能的影响

采用熔体超温处理方法考察了熔体超温处理温度对GH742返回料凝固组织和力学性能的影响规律。结果表明：当熔体超温处理温度低于1550℃时,随熔体超温处理温度的升高,晶粒和枝晶组织显著细化,枝晶偏析和合金中N、O、S元素含量降低,然而,进一步升高至1600℃,晶粒和枝晶组织粗化、枝晶偏析增大、合金中N、O含量升高。熔体超温处理显著影响枝晶干γ′相特征,却对MC型碳化物影响较小。MC型碳化物形貌为棒状或块状,且随熔体超温处理温度升高无明显变化,但尺寸和面积分数均略微减小。枝晶干γ′相形态则随熔体超温处理升高由近球形向近立方状转变,尺寸呈现先增后减趋势。合适的熔体超温处理可显著提高返回料的室温拉伸强度,但对塑性无明显影响,其原因被归因于凝固组织的变化。     

固溶冷却方式对17-4PH钢显微组织及力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)等手段研究了固溶冷却方式对17-4PH马氏体不锈钢组织转变、强化相及力学性能的影响,阐释了Cu析出相在不同冷却方式下的析出规律及其对该钢力学性能的作用机制。结果表明,不同冷却方式下,Cu析出相的平均尺寸均在10~20 nm范围内。17-4PH钢的屈服强度随固溶冷却速率的增加而增加,塑性损失变化不大,冲击吸收能量随冷却速率的增加而降低,炉冷条件下的17-4PH钢的屈强比最低。17-4PH钢的强化机制主要为相变强化、析出强化及晶界强化,其中析出强化以切过机制为主。     

Si3N4颗粒体积分数对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响（英文）

采用压力浸渗法制备Si3N4体积分数分别为45%、50%和55%的颗粒增强铝基复合材料(Si3N4/Al)。研究Si3N4体积分数和T6热处理对Si3N4/Al复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:Si3N4颗粒分散均匀,Si3N4/Al复合材料浸渗良好,没有明显的孔洞和铸造缺陷;在Si3N4颗粒附近的铝基体中,可以观察到高密度位错;Si3N4/Al复合材料的弯曲强度随着Si3N4体积分数的增大而降低;T6热处理能提高复合材料的强度;复合材料的弹性模量随着Si3N4体积分数的增加而线性增加;在低Si3N4体积分数时,可以观察到更多的撕裂棱和韧窝;T6热处理对断口形貌的影响较小。