铸态V-5Cr-5Ti合金在退火过程中的第二相行为研究

采用XRD、OM、SEM和TEM对铸态V-5Cr-5Ti合金退火处理后组织结构进行分析。结果表明:在退火过程中,随着退火温度升高,铸态V-5Cr-5Ti合金第二相发生分解、扩散、聚集。第二相形貌由层状组成树枝状第二相转变成针状组成团聚状第二相。随着时间的推移,针状第二相尺寸发生了粗→细长→短粗的转变。1100℃,2h退火处理后V-5Cr-5Ti合金组织中存在3种类型的第二相(1)条状第二相,宽度为80~100 nm,长度为几个μm,化学式记为V_2-CO。(2)针状第二相,具有fcc结构,晶格常数为0.4193~0.4256 nm,该第二相在晶内或平行或垂直排列。(3)椭圆状第二相,具有fcc结构,晶格常数为0.4203~0.4268 nm。铸态V-5Cr-5Ti合金退火过程中,树枝状第二相首先发生分解、扩散,随后合金元素脱溶沉淀,形成以针状第二相为特征的团聚状第二相。该第二相是以Ti、V元素为主,Cr元素为辅,具有fcc结构的、稳定的碳-氧-氮化物,化学式记为(TiV)-CON。     

VAR法钒合金的铸态组织特征

利用VAR（vacuum arc remelting of consumable electrode,真空自耗电极电弧重熔）法制备了V-4Cr-4Ti（ω％,下同）钒合金,并采用XRD、OM、SEM和TEM对铸态组织结构进行了分析。结果表明：铸锭杂质C、N、O含量高,Ti、Cr都有一定的烧损,合金实测成分为V-3．7Cr-3．6Ti。铸锭内部含有许多的微小气孔。合金具有明显的3个晶区：激冷层的晶粒大小不均,平均晶粒尺寸500μm;等轴晶区晶粒大小分布也不均匀,但平均晶粒尺寸较激冷区的更大;柱状晶区晶粒明显拉长,长度可达2mm。固溶体晶格常数α=0．3021nm。合金为多相结构,第二相有两种类型：1）在晶内呈“盘状”形貌,其厚度100～150nm,其余两维尺寸达到1～2μm,在晶界处呈连续网状分布。该析出相是富Ti型的Ti-（CON）;2）少量的粒径达1～2μm的“球形”析出相,推测也是Ti-（CON）。     

钒与V-5Cr-5Ti合金在氯离子溶液中的电化学腐蚀行为

采用电化学腐蚀测试技术对钒与V-5Cr-5Ti合金在氯离子溶液中的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明,在50μg/gCl-的氯化钾溶液中,钒的腐蚀电位高于V-5Cr-5Ti合金而具有更好的热力学稳定性;相对于V-5Cr-5Ti合金,钒具有较大的极化电阻和较小的腐蚀电流;钒与V-5Cr-5Ti合金具有相似的阴极极化行为;在阳极极化过程中,钒主要表现为Tafel行为,而V-5Cr-5Ti合金具有"伪钝化"和钝化行为;二者均具有负的循环极化滞后环;钒的抗腐蚀性能优于V-5Cr-5Ti合金。     

Al-0.32Mg-xSi合金铸态组织中的AlFeSi相

采用SEM对不同Mg/Si质量比的Al-0.32Mg-xSi铝合金铸态组织进行了观察分析。结果显示,Mg/Si质量比影响富铁相的形态。在Al-0.32Mg-xSi铝合金的铸态组织中,当w(Mg)/w(Si)1.73时,富铁相以针状的β-AlFeSi相为主;当w(Mg)/w(Si)≥1.73时,以短棒状或骨骼状的α-AlFeSi相为主。     

富Ti相对V-5Cr-5Ti合金再结晶行为的影响

利用光学显微镜、透射电镜和显微硬度计研究了V-5Cr-5Ti合金的再结晶行为和微观组织.结果表明,试验合金40％形变的开始再结晶温度为700℃,完全再结晶温度为1000℃;铸锭组织中均匀分布的富Ti相团簇,经轧制处理后变为不连续带状分布并在1000℃开始回溶;富Ti相的不均匀分布和高温分解导致合金在1000 ～1200℃退火时再结晶组织中晶粒尺寸随温度升高呈现单峰分布→双峰分布→单峰分布的演变过程并出现退火硬化现象.     

V-5Cr-5Ti合金的热加工性能

通过Gleeble-1500热模拟试验机进行铸态V-5Cr-5Ti合金的高温压缩和拉伸试验,研究压缩过程中变形温度对合金临界变形量和临界变形抗力的影响和在拉伸过程中变形温度对合金屈服强度和断面收缩率的影响规律,并用金相显微镜分析了合金的压缩变形组织。结果表明:V-5Cr-5Ti合金的热加工变形抗力大、塑性低,欲改善其加工性能,加热温度的选择及控制尤为重要。合金的加工温度应严格控制在1150～1250℃,变形量控制在30%以内,才能得到满足要求的合金。     

Al-Mg-Sc合金铸态组织观察

采用金相显微镜、扫功电镜（SEM），观察了微量Sc(钪）对Al-Mg合金显微组织和第二相粒子形貌的影响，试验结果表明，普通Al-Mg合金添加微量Se后其铸态组织得到显著细化，随着Mg,Se含量增加，合金的组织随之细化。第二相粒子形态表现多样，对第二相粒子成分分析结果表明它是含Al,Sc,Zr,Ti的复合粒子。     

真空自耗电弧重熔V-4Cr-4Ti合金的微观组织结构

采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析钒合金在退火前后的微观组织结构。研究表明：铸态合金基体的晶格常数为0．2938-0．2943nm,与纯V相比,晶格收缩了约2．8％,晶内主要析出相为盘状,该相为复杂FCC结构的富Ti型Ti．CNO相,晶格常数为0．4234-0．4288nm,厚度约100nm,其它两维尺寸达1-2p,m,在晶界上则呈网状连续分布;合金中存在大量位错。约1000℃,1h退火后,合金基体晶格有所膨胀;组织发生了变化,出现了新的方形第二相,尺寸约为500nm,原先晶内普遍存在的盘状第二相的尺寸减小。     

Cu-Te-Zr合金铸态组织观察与相分析

采用金相显微镜、场发射扫描电镜和能谱仪,研究了Cu-0.5Te-0.2Zr合金铸态组织与合金中Te、Zr形成的相及其分布。研究表明,Te主要以Cu2Te的形式以长条状或棒状分布在晶界处,此外以少量三元共晶组织的形式存在;Zr的主要存在形式有未溶相、次生相、Cu5Zr二元共晶及三元共晶;未溶相以单质颗粒状存在于晶内,次生相以弥散均匀分布的细小颗粒存在于基体内部,二元共晶组织和少量的三元共晶组织呈不规则块状分布。     

V-5Cr-5Ti合金的内耗特征研究

研究了不同处理状态下V-5Cr-5Ti合金的内耗特征,并结合微观缺陷的作用机制对内耗峰进行分析。利用倒扭摆仪和多功能内耗测试仪进行内耗测试,采用X射线衍射(XRD)分析相结构,扫描电镜(SEM)观察微观组织。研究结果表明,V-5Cr-5Ti合金制备过程中无法完全消除C、O、N等杂质元素,这些元素会以间隙原子或沉淀相颗粒形式存在,进而影响合金的微观组织缺陷。在不同的处理状态下,杂质元素的不同存在形式会使合金的内耗会产生不同的变化特征。根据内耗机制,所有的内耗峰均可以由应力作用下微观缺陷的运动来揭示,比如点缺陷、位错、晶界等。     

V-4Cr-4Ti合金的氧化特性及氧化物的形成

研究了V-4Cr-4Ti合金的氧化动力学，采用XRD分析了在不同温度下，合金表层氧化物的形成过程。结果表明；V-4Cr-4Ti合金在300℃～400℃范围内，氧化速率很慢，氧化增重随时间的增加基本保持不变，在500℃～600℃化速率显著加快，其中600℃时的氧化增重是500℃时的10倍。表层氧化产物在400℃后逐渐形成，主要产物是V2O5。     

粉末冶金V-5Cr-5Ti合金的制备与性能

以氢化脱氢粉末为原料,采用冷等静压和真空烧结制备了V-5Cr-5Ti合金,并利用热等静压、热锻和热处理来改善其组织和性能。利用XRD衍射仪测定原料及V-5Cr-5Ti合金的物相。利用氧氮分析仪、材料试验机、金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)等测试了不同状态V-5Cr-5Ti合金试样的氧氮含量、力学性能及断口形貌。结果表明:粉末冶金V-5Cr-5Ti合金的相对密度达到99.8%以上,物相组成为单一bcc相钒基固溶体。热锻后退火试样的氧含量小于600μg/g,抗拉强度为490 MPa,屈服强度为368 MPa,延伸率和断面收缩率分别为28%和61.5%,断口形貌由细小韧窝组成。     

V-5Cr-5Ti合金粉末热锻技术研究

针对经粉末冶金法制备的V-5Cr-5Ti合金锥形件预制坯,设计并加工了HIP及热锻的不锈钢包套。V-5Cr-5Ti合金采用双层包套封焊后进行了粉末热锻试验。试验结果显示:V-5Cr-5Ti合金1180℃经7~9火次粉末热锻,总变形量47.5%,经1000℃/2 h退火处理后,晶粒平均尺寸约为100μm,其抗拉强度σb为490 MPa,屈服强度σ0.2为368 MPa,延伸率δ约为28%,断面收缩率Ψ约为61.5%。     

V-5Cr-5Ti合金的拉伸性能及其强化机理

对真空熔炼V-5Cr-5Ti合金开展了均匀化退火、热锻开坯、冷轧变形和热处理实验,利用万能试验机、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）研究了V-5Cr-5Ti合金中析出相对力学性能影响,估算了V-5Cr-5Ti合金中析出相强化的效果。结果表明：铸态V-5Cr-5Ti合金存在以片层状析出相为特征的树枝状析出相,合金均匀化退火后析出相由片层状转化为针状,由树枝状转化成团聚状。析出相在变形过程中破碎成短条状或球状颗粒。铸态合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率的平均值分别为505.0 MPa、415.0 MPa和8.2%,断裂机制为脆性的解理断裂。均匀化热处理后断裂机制转变为沿晶断裂和准解离断裂共存的混合型断裂。80%冷变形＋热处理后合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率的平均值分别为487.3 MPa、382.7 MPa和26.2%,由于晶粒及析出相形态的变化,合金塑性得到大幅改善。锻造和冷轧后合金断裂机制为韧性的微孔型断裂。析出相以Orowan强化机制增强V-5Cr-5Ti合金,以80%冷轧1000 ℃/1 h退火状态合金为例,由析出相强化获得的屈服强度增量约为50.1 MPa。     

压水堆燃料包壳锆合金中第二相腐蚀行为研究进展

锆合金是目前唯一大规模商用的压水堆燃料包壳材料,其耐水侧腐蚀性能是影响核反应堆安全性与经济性的重要因素。微量合金元素(Fe、Nb等)主要以第二相的形式弥散分布在锆合金基体中,但可对锆合金的腐蚀行为产生显著影响。本文比较了不同锆合金中第二相的差异,综述了锆合金中典型第二相的腐蚀行为及其影响因素。分别比较了二元及三元第二相中主要合金元素Fe和Nb的腐蚀过程,总结了不同水化学条件下第二相腐蚀产物的差异及其对锆合金基体腐蚀行为的影响,并指出当前针对第二相腐蚀行为研究中存在的不足。最后,对锆合金第二相腐蚀行为研究趋势进行了展望,先进微观表征手段可进一步完善含Fe、Nb元素第二相的腐蚀机理研究,将为提高我国新型锆合金包壳材料的耐腐蚀性能提供理论参考。     

V-5Cr-5Ti合金电弧熔炼制备技术

采用"二次真空自耗电弧熔炼+锻造+温轧+退火处理"的工艺制备了V-5Cr-5Ti合金材料,并采用化学分析、光学金相(OM)、扫描电镜(SEM)和拉伸测试方法表征了合金的质量.结果表明,经二次电弧熔炼后,合金中O含量可控制在500～600/μg/g范围内,但铸锭晶粒粗大.经1 150℃锻造开坯、450℃温轧及1 000℃/1 h退火处理后,合金为细小等轴晶组织,晶粒小于100/μm,其屈服强度为356 MPa,抗拉强度为449 MPa,伸长率约为31.5%,断面收缩率为71.5%.