利用APT研究铁素体时效钢中富Cu相和碳化物的偏析行为

铁素体时效钢样品经过880℃水淬、660℃调质处理,然后400℃时效4000 h后,利用三维原子探针层析技术(APT)研究了时效钢中晶界和基体中富Cu析出相和碳化物的偏析行为。结果表明:分析区域中Mn、Ni、Mo、C和Cu元素更容易在晶界处偏聚,形成富Cu团簇和碳化物,晶界处的纳米富Cu相为短棒状,其尺寸大小约为6 nm,团簇中的Cu原子含量为40at%。基体中的纳米团簇近似为球状,其尺寸和团簇中的Cu原子的数量密度都比晶界处小。在晶界处析出的富Cu团簇在碳化物之间,形成一种"夹层结构"。此外,富Cu团簇内部有Mn和Ni原子的偏聚,促进富Cu相的析出。     

利用APT对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的研究

提高了Cu含量的核反应堆压力容器（RPV）模拟钢经过880℃水淬和660℃调质处理,在370℃时效不同时间后,利用原子探针层析技术（APT）进行分析.结果表明:样品经过1150 h时效后,富Cu团簇正处于析出过程的形核阶段;经过3000和13200 h时效后析出了富Cu团簇,团簇的平均等效直径分别为1.5和2.4 nm,团簇中Cu的平均浓度分别为45%和55%（原子分数）,团簇的数量密度约为4.2×10²²m^-3;样品经过13200 h时效后,α-Fe基体中的Cu含量为（0.15±0.02）%,仍然高于Cu在α-Fe中平衡固溶度的理论计算值,说明这时富Cu团簇的析出过程还没有达到平衡.对渗碳体的分析结果表明,Ni,Si和P偏聚在渗碳体和α-Fe基体的相界面附近,Mn,Mo和S富集在渗碳体中;并没有观察到Cu在相界面上偏聚的现象.     

3D ATOM PROBE CHARACTERIZATION OF ALLOYING ELEMENTS PARTITIONING IN CEMENTITE OF A Nb-V MICROALLOYED STEEL

将Nb-V微合金钢在1200 ℃固溶0.5 h后淬火, 然后在450 ℃回火4 h, 结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM), 用三维原子探针(3DAP)研究渗碳体内部和渗碳体/基体界面处的元素分布和成分变化. 结果显示, 淬火样品中C原子由于自回火而出现轻微偏聚, 其它合金原子V,Nb, Si, Mn, Mo和Al等分布均匀. 450 ℃回火4 h样品中出现C原子偏聚区, 在该区域内, Mn含量较高, Mo和V轻微偏聚, Si和Al很少, 对应渗碳体析出, Si富集在渗碳体/基体界面处; 另外, 观察到C和V明显偏聚的单原子面, 周围富集Si和Mn, 对应合金碳化物析出初期形成的G.P.区, 成分主要为V4C3.     

利用APT对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的研究

提高了Cu含量的核反应堆压力容器（RPV）模拟钢经过880℃水淬和660℃调质处理,在370℃时效不同时间后,利用原子探针层析技术（APT）进行分析.结果表明:样品经过1150 h时效后,富Cu团簇正处于析出过程的形核阶段;经过3000和13200 h时效后析出了富Cu团簇,团簇的平均等效直径分别为1.5和2.4 nm,团簇中Cu的平均浓度分别为45%和55%（原子分数）,团簇的数量密度约为4.2×10²²m^-3;样品经过13200 h时效后,α-Re基体中的Cu含量为（0.15±0.02）%,仍然高于Cu在α-Fe中平衡固溶度的理论计算值,说明这时富Cu团簇的析出过程还没有达到平衡.对渗碳体的分析结果表明,Ni,Si和P偏聚在渗碳体和α-Fe基体的相界面附近,Mn,Mo和S富集在渗碳体中;并没有观察到Cu在相界面上偏聚的现象.     

Nb-V微合金钢中渗碳体周围元素分布的三维原子探针表征

将Nb-V微合金钢在1200℃同溶0.5 h后淬火,然后在450℃回火4 h,结合扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),用三维原子探针(3DAP)研究渗碳体内部和渗碳体/基体界面处的元素分布和成分变化.结果显示,淬火样品中C原子由于自回火而出现轻微偏聚,其它合金原子V,Nb,Si,Mn,Mo和Al等分布均匀.450℃回火4 h样品中出现C原子偏聚区,在该区域内,Mn含量较高,Mo和V轻微偏聚,Si和Al很少,对应渗碳体析出,Si富集在渗碳体/基体界面处;另外,观察到C和V明显偏聚的单原子面,周围富集Si和Mn,对应合金碳化物析出初期形成的G.P.区,成分主要为V4C3.     

低碳低合金钢中纳米富Cu相的析出特征

低碳低合金钢样品经880℃加热0.5 h后水淬,再进行660℃保温10 h的调质处理,最后分别在370℃和400℃等温时效3000 h和2000 h后,利用高分辨透射电镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)以及三维原子探针(3DAP)相结合的方法,分析低碳低合金钢中析出的纳米富Cu相的晶体结构和Cu、Mn、Ni原子分布特征。在HRTEM图像中观察到长轴约9.3 nm,短轴约6.1 nm的短棒状纳米富Cu相,其结构为正交9R结构且互为孪生关系,其中9R结构与α-Fe基体存在一定位向关系,即:(011)_(bcc)//(114)_(9R),[111]_(bcc)//[110]_(9R)。说明Cu早期析出时可能由bcc结构优先转变孪晶正交9R结构,而不是直接转变为fcc结构。利用3DAP技术可以看出,在富Cu原子团簇形核长大过程中,Mn、Ni原子会偏聚在Cu与α-Fe基体的界面处,造成这种现象,除了富Cu原子团簇在富Ni、富Mn区域形核且在长大过程不断向外排挤Mn、Ni原子外,Cu与α-Fe基体界面存在较高的共格畸变能也会造成Mn、Ni原子的偏聚,进而阻碍富Cu原子团簇的长大。     

高强耐火钢中合金元素在焊接热循环作用下的偏聚行为

焊接热循环中合金元素的偏聚行为决定了热影响区粗晶区(CGHAZ)组织的演变。采用原子探针层析成像技术测定了高强耐火钢在模拟焊接热循环后基体和晶界的合金元素浓度。定量分析了C、Mn、Cr、Mo、Nb、V、Ti等元素在原奥氏体晶界附近的浓度。根据富集因子计算结果,得出元素偏聚程度大小顺序为C Ti Mo V Nb Mn Cr,且Mn和Cr在晶界处存在共偏聚现象。950℃时,晶界偏聚能为111.22 kJ/mol。合金元素在晶界偏聚降低了奥氏体的分解温度,抑制了晶界迁移。     

RPV模拟钢中纳米富Cu相的析出和结构演化研究

提高了Cu含量的核反应堆压力容器(RPV)模拟钢经过880℃水淬和660℃调质处理后,在370℃时效6000 h,利用HRTEM,EDS和原子探针层析(APT)方法研究了纳米富Cu相的析出过程和晶体结构演化.观察到Cu原子在α-Fe基体的{110}晶面上以3层为周期发生偏聚,并产生了很大的内应力使晶格发生畸变,这是富Cu相析出时的形核过程;随着Cu含量的增加和富Cu区的扩大,内应力也随着增大,富Cu区沿着α-Fe基体的{110}晶面发生切变,形成了ABC/BCA/CAB/ABC排列的多孪晶9R结构;Cu含量继续增加,富Cu相最终转变为fcc结构.富Cu相的尺寸在1-8nm范围内,数量密度为0.71×10~(23)m~(-3).富Cu相中还含有3%- 8%(质量分数)的Ni和Mn.并且在相界面上发生偏聚,从而抑制了富Cu相的长大.     

Ni-Al-V合金L12相间有序畴界面的微观相场模拟

利用微观相场动力学模型模拟Ni-Al-V合金沉淀过程中L12(Ni3Al)相间有序畴界面,对界面结构及其界面处原子的行为进行了研究.结果表明:L12相间存在3种稳定的平移界面以及2种过渡界面;界面的迁移性与界面结构有关,一个L12相的(100)和另一个L12相的(200)对应且有两个Ni原子面的界面以及(100)和(100)对应且有两个Ni原子面的稳定界面可以迁移,迁移前后界面结构保持不变,迁移的过程中形成过渡界面;而(100)和(200)对应且有一个Ni原子面的稳定界面则不可迁移.合金元素在不同的界面处有不同的偏聚和贫化倾向,Al原子在所有界面处贫化,V原子在所有界面处偏聚,Ni原子在可迁移界面处贫化,而在不可迁移界面处偏聚,且各元素在不同的界面处偏聚以及贫化程度不同.     

新型铸态热作模具钢5Cr9MoNi2SiV的回火脆性

采用扫描电镜、金相显微镜和XRD等手段研究了5Cr9Mo Ni2Si V热作模具钢在热处理后的组织演化过程,通过俄歇电子能谱实验,分析了不同回火温度下冲击断口晶界元素的变化。结果表明:铸态钢5Cr9Mo Ni2Si V存在严重的组织偏析,主要是Cr、Mo、Mn和V等合金元素沿原奥氏体枝晶间偏聚,常规热处理工艺虽有所改善,但是无法将其消除,导致回火后组织晶界偏析依然存在,严重弱化了晶界;材料在530℃发生的回火脆性是不可逆的,属于第一类回火脆性;材料产生第一类回火脆性的机理主要是杂质元素P偏聚于晶界,降低了晶界结合力;影响P向晶界偏聚的元素主要有Cr和Mo。     

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。     

合金元素在fcc-Fe/NbX(X=C,N)界面的偏析及影响

基于密度泛函理论(DFT)第一性原理方法,研究了Si、Ni、Mn、Cr、Mo在fcc-Fe/NbX (X=C, N)界面的偏析行为,并分析了合金元素偏析对界面体系的影响。结果表明,fcc-Fe/NbN界面结合强度相较于fcc-Fe/NbC界面结合强度略有提升;Si稳定存在于Fe基体中,Ni、Mn在界面有轻微偏析倾向,Cr、Mo在界面和NbX (X=C,N)内均存在偏析,其中,Mo向界面偏析倾向更大;Cr、Mo偏析在fcc-Fe/NbC界面一定程度上降低了界面的结合能力,但体系稳定性有所提升,Cr、Mo偏析在fcc-Fe/NbN界面一定程度上提高了界面的结合能力,但Mo使得体系稳定性下降。     

合金元素在NbC/fcc-Fe界面的偏析行为和硼的影响

基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法,研究了Si、Ni、Mn、Cr、Mo在NbC/fcc-Fe界面的偏析行为,以及B对合金元素界面偏析行为的影响。结果表明,Cr和Mo可以稳定存在于界面和NbC中; Mo 更倾向于在界面和 NbC 中偏析; Ni和Mn在界面上有轻微的偏析倾向。另外,Mo 容易偏析到 NbC 中形成复合碳化物。当Mo/Nb含量比小于2/3时,(Nb, Mo)C复合碳化物更稳定,结合能更大,这应该与Mo和C、Fe之间的强电子相互作用有关。当 B 掺杂到界面时, Mo 和 Cr 向界面偏析的趋势被抑制。特别是B抑制了界面处Mo的偏析,从而提高了材料的耐蚀性。此外,B可使Ni、Mn趋于均匀分布在基体中。     

Ni75AlxV25-x合金中有序畴界结构对界面迁移特征和溶质偏聚的影响（英文）

基于微观相场模型,通过分析Ni75AlxV25-x合金在沉淀过程中D022(Ni3V)相沿[001]方向形成的有序畴界面的界面结构、界面迁移及界面成分,研究界面结构对界面迁移特征和溶质偏聚的影响。研究表明:D022相沿[100]方向形成4种有序畴界,界面的迁移性与界面结构有关,除具有L12相的局部特征的界面(001)//(002)之外,其余3种界面都可以迁移;在界面的迁移过程中,V原子跃迁至最近邻的Ni位置并置换Ni原子,反之亦然,即处在最近邻的Ni原子和V原子发生位置交换而导致界面迁移;在迁移过程中,原子的跃迁行为具有位置选择性,每种可迁移界面都按照特定的原子跃迁模式进行迁移;原子在跃迁过程中选择最优化的路径使得界面发生迁移,原子跃迁过程中的位置选择性使得界面在迁移前、后的结构保持不变;合金元素在界面处具有不同的贫化和偏聚倾向,在所有的界面处,Ni偏聚而V贫化,Al在界面(001)//(001)·1/2[100]处贫化在其他界面处偏聚;同种合金元素在不同界面处的偏聚和贫化程度不同。     

Ni-Al-V合金DO22相间有序畴界面的微观相场模拟

利用微观相场动力学模型模拟Ni-A1-V合金沉淀过程中DO22(Ni3V)相沿[100]和[001]方向形成的有序畴界面,对界面结构及其界面处合金元素的成分进行了研究.结果表明:DO22相沿[100]和[00l]方向形成3种稳定界面,且都不可以迁移;界面性质与界面结构有关,(002)//(100)界面处易析出上J12相,主要存在于沉淀早期;(002)//(100)·1/2[100]界面在沉淀后期易形成一种过渡界面;{110}孪晶界面则是三类界面中相对常见和稳定的界面;合金元素在不同的界面处有不同的偏聚和贫化倾向,在所有的界面处V原子贫化而Ni原子偏聚,Al原子在(002)//(100)·1/2[100]界面处贫化,在其它界面处偏聚,且各元素在不同的界面处偏聚以及贫化程度也不一样.     

合金元素对Cu/γ-Fe界面特性影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算合金原子在Cu/γ-Fe界面不同点阵位置的置换能,确定合金元素在Cu/γ-Fe界面模型的占位。通过对晶格错配度、界面结合能、界面能和电子结构的计算分析合金元素对Cu/γ-Fe界面特性的影响。计算结果表明:合金元素B、Si、P、Al、Zr使界面结合能增大,增强Cu/γ-Fe界面稳定性;B、Si、P等11种合金元素则会使界面能降低,有利于γ-Fe的时效析出形核。因此,B、Si、P、Al、Zr可以促进γ-Fe的析出,同时形成稳定的γ-Fe相。通过合金原子相对体积、晶格错配度和差分电荷密度的计算,分析合金元素的作用机制。     

块体Mg65Cu22Ni3Y10非晶态合金的制备及在焊接中的应用

利用铜模浇铸法制备了厚度为2 mm、成分为Mg65Cu22Ni3Y10块体合金试样,并通过X射线衍射、差热扫描量热仪证实其为完全的非晶态。以镁合金AM60B为母材、2 mm厚的Mg65Cu22Ni3Y10板状非晶态合金为中间层,在420~540℃下进行焊接,利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱仪研究了焊接接头的微观形貌和成分分布。结果表明:界面接合良好,未观察到片状夹杂物、气孔及未焊合等缺陷;焊缝区由块状α-Mg相和针状化合物组成,基体中的Al元素通过晶界扩散偏聚到焊缝中,微量Y元素扩散到基体中,有少量的Mn和Cu元素发生偏聚,Ni元素分布均匀,没有发生偏聚现象。     

微合金钢中Mo对α-Fe/NbC界面影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了钼元素掺杂前后α-Fe/NbC界面的黏附功、界面能、电子结构和成键特征等性质。考虑了2种不同原子的终端界面,并分析了6种Mo原子置换位置对α-Fe/NbC界面结构的影响。结果表明:C终端界面结构的稳定性比Nb终端界面的稳定性更强,而Mo原子进入界面NbC侧置换Nb原子形成的α-Fe/(Nb,Mo) C界面则表现出比未掺杂界面更好的稳定性。因此,Mo对NbC在铁素体中的形核有一定的促进作用。另外,6种界面的差分电荷密度、态密度和Milliken布居分析也解释了Mo能强化α-Fe/NbC界面的原因。     

Si含量对Al-6.5Cu-0.6Mn-0.5Fe合金组织演变及力学性能的影响（英文）

采用定量分析、扫描电镜、透射电镜和拉伸性能测试研究Si含量:对高铁含量铝铜合金组织演变及力学性能的影响。结果表明:当Si含量低于1.0%时,Al-6.5Cu-0.6Mn-0.5Fe合金的常温力学性能稍有降低,这主要是由于组织演变的综合作用,包括纳米及α-Fe相的增多,晶粒的粗化以及晶界处Al_2Cu相的增多;当Si含量为1.5%时,Al-6.5Cu-0.6Mn-0.5Fe合金性能急剧下降,这主要是由于多余Si粒子的析出导致第二相产生偏聚。     

固体中一种新发现的扩散机制—复合体扩散机制SCIEI

置换溶质原子可以以溶质原子-空位复合体形式扩散,这一扩散机制可以圆满的说明非平衡偏聚现象发生的规律,密排晶体中溶质原子的异常快速扩散现象,B在γ-Fe中快速扩散和晶界非平衡偏聚,溶质原子在Al表面空位坑中的聚集以及Si在Al晶界处析出等问题。