Mn含量对Fe-Cu-Mn合金纳米富Cu析出相影响的相场法研究

采用相场法模拟了Fe-Cu-Mn合金在823 K时效时富Cu析出相的三维组织演化图像、体积分数、数量密度和平均颗粒半径随时效时间的变化等。相场模拟研究表明:相分离早期阶段通过失稳分解机制形成富Cu相;同时Mn原子也在富Cu相的中心发生偏聚,在富Cu相开始Ostwald粗化的过程中,Mn原子又从其核心处偏聚到富Cu相和基体的界面处,最终在富Cu相外部形成富Mn环。富Mn环的存在会抑制富Cu相的扩散长大和粗化;富Cu相在时效前期是球状的bcc结构,随着不断长大,转变为椭球形或棒状的fcc结构;提高Mn含量可以加快富Cu相的析出,有利于富Cu相的粗化。     

失稳分解组织演化和粗化动力学的晶体相场法研究(英文)EI北大核心CSCD

以二元对称与非对称合金的调幅分解为研究对象,采用晶体相场模型从沉淀相演化和粗化机制两方面分析合金的失稳分解。研究表明,当合金的成分由对称点向非对称点转变时,沉淀相形貌逐渐由长条形过渡为球形;后期粗化机制由邻近颗粒的合并机制转变为Ostwald熟化机制;只有当二元合金的成分接近于失稳线时,其粗化动力学才较好地与修正的LSW理论符合。     

固溶处理对铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织与性能的影响

对固溶处理过程中铸造Al-Si-Cu-Mg合金析出相溶解过程进行了研究。结果表明:在固溶处理初期,组织中θ相的数量逐渐减少,但在(FeMn)3SiAl12相中还有一定的Cu含量;而固溶后期,富铁相中的Cu含量也明显降低,且难溶的Al3Ti针状相也发生钝化,但部分Q相尚存在;随着固溶时间的延长,合金基体中Cu和Mg的含量逐渐增多,且富Mn和富Ti相也在合金基体中略有溶解;合金的固溶强化作用主要来源于富Cu相的溶解。在Al-Si-Cu-Mg固溶处理过程中,合金力学性能的提高主要来源于共晶硅相形貌的改善、析出相溶解引起的固溶强化及组织的均匀化。     

空位扩散诱导点缺陷环与富Cu相的相互作用

辐照诱导产生的点缺陷会加速核电站材料微观组织的演变,在很大程度上影响反应堆的寿命。本文基于相场法的四元连续相场模型,耦合了空位和间隙原子,利用该模型模拟了Fe-15at.%Cu-1at.%Ni-1at.%Mn合金在空位扩散机制下的相分离,研究了点缺陷与富Cu相的相互作用机理。结果表明,空位和间隙原子会促进富Cu相的长大和粗化,点缺陷初始浓度的升高会促进相分离,加快析出相的失稳分解速率,并且升高温度会延缓Cu原子和空位环的生长和粗化,点缺陷也可以增加一定的屈服强度,为探究空位扩散机制影响抗辐照材料性能方面提供了新的思路。     

Ni对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响

用原子探针层析技术和时效模拟方法,研究了不同Ni含量并且提高了Cu含量的反应堆压力容器（RPV）用模拟钢中富Cu、富Ni和富Mn原子团簇的形成。结果表明,提高钢中的Ni含量会促使富Cu原子团簇的析出,富Cu原子团簇中含有Ni和Mn。实验检测到富Ni的原子团簇,团簇中含有Cu和Mn,富Ni原子团簇可以作为富Cu原子团簇析出时的形核区。实验还检测到富Mn原子团簇,当Mn原子团簇中含有较高的Ni时,它也可以成为富Cu原子团簇析出时成核的地方。由于钢中的合金元素Ni在形成富Ni原子团簇后会成为富Cu原子团簇析出时成核区,因而提高Ni的含量将促进富Cu原子团簇的析出,这是合金元素Ni会增加压力容器钢中子辐照脆化敏感性的本质原因。     

铜模喷铸K424合金的组织及沉淀相析出行为

研究了采用铜模喷铸制备的K424合金的组织及等温时效热处理工艺对其沉淀相析出行为的影响。结果表明,冷速的提高有利于合金枝晶组织的细化,其中二次枝晶间距由铸态时的96μm显著下降到快冷态的9μm,同时导致碳化物与共晶相的尺寸及含量降低。铜模喷铸合金经等温时效处理后,原始过饱和固溶体组织发生沉淀相析出。当时效温度为800℃时,γ′相的尺寸及体积分数均随保温时间的延长而增加,相应形貌由不规则球形向立方结构发生转变,沉淀强化效应的增强导致合金硬度不断提高。经1000℃/4 h时效处理后,铜模喷铸合金中γ′相为矩形形貌并发生明显粗化,从而引起合金硬度的下降。     

人工时效7055铝合金晶间腐蚀形貌与微观机理的关系

通过浸泡腐蚀实验、SEM、TEM和元素面扫描,研究了人工时效对7055铝合金晶间腐蚀行为的影响。结果表明：合金在120 ℃时效时,晶界析出相优先发生腐蚀;而在400 ℃时效时,晶界析出相周围铝基体优先发生腐蚀。TEM及元素面扫描结果显示,合金在120 ℃时效时,随着时效时间的改变,由于晶界析出相粗化、析出相间距加宽以及晶界析出相Cu含量的提升,导致合金腐蚀形貌由典型晶间腐蚀形貌向点蚀形貌转变。合金在400 ℃时效时,Cu元素几乎都偏聚于晶界析出相中,周边基体贫Cu,晶界析出相腐蚀电位反而高于基体,导致晶界周边基体腐蚀为主导的晶间腐蚀形貌。     

低碳含Cu中厚钢板富Cu相的时效析出行为

将某低碳含Cu中厚钢板在680℃分别时效不同时间(15、30、45、75、90、120 min)后,利用场发射扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了中厚钢板不同位置富Cu相的析出和长大机制。结果表明,经时效处理后,试验钢板表面及心部富Cu相呈球状或短棒状,尺寸均主要在5～60 nm之间,但心部富Cu相的平均尺寸要大于表面富Cu相。随着时效时间的延长,表面和心部的富Cu相均发生长大,呈现平均尺寸增加、粒子总数目减少的趋势。基于理论计算,富Cu相平均尺寸的变化满足Ostwald熟化机制,且心部富Cu相长大速率小于表面富Cu相。     

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.     

新型奥氏体C-HRA-5耐热钢时效过程中的沉淀相演化

对新型奥氏体C-HRA-5耐热钢(22Cr25Ni3Cu4W2Co)进行700℃/0～15 627 h时效试验,采用OM观察时效样品晶粒尺寸和孪晶的变化,采用SEM+EDS、TEM+EDS+SAED分析了时效样中沉淀相析出顺序及粗化特性。结果表明,试验钢在700℃/15627h时效过程中先后析出M23C6、Z相、富Cu相和Laves相等第二相,其中M23C6相主要在晶界析出,其它第二相主要分布在晶内,未发现σ相的析出。在时效过程中,富Cu相和Z相尺寸比较细小稳定,尤其是富Cu相,时效至15 627 h时直径约10 nm,它们是提高C-HRA-5钢热强性的主要强化相。晶界M23C6碳化物粗化速率较快,时效817 h时已在晶界形成断续状分布,时效至15 627 h时,其在晶界宽度增长至550 nm;而晶内M23C6碳化物粗化相对缓慢。由于添加W元素,在时效后期有大量针状Laves相在晶内析出,主要沿长度方向长大;另有少量颗粒状Laves相在晶界M23C6内部或其附近析出,尺寸较稳定。在长期时效过程中,未发现σ相的析出,这与C-HRA-5钢增加Ni和添加Co元素可以抑制或延迟其析出有关。     

Mg、Si对Al-Cu-Mn-Zr合金时效析出行为及热稳定性的影响

采用显微硬度计与透射电镜等研究了Mg和Si的添加对AlCuMnZr合金时效析出行为和微观组织的影响。结果表明：同时添加Mg和Si显著提高了合金的时效硬度并保证了良好的热稳定性，Al5.5Cu0.25Mg0.3Mn0.2Zr0.15Si合金经540℃固溶7 h及175℃时效24 h后达到峰值硬度，为156.3 HV0.2。Mg的添加细化了AlCuMnZr合金中θ′相尺寸，增加了θ′相数密度，使其分布更弥散、均匀。而在添加Si后，由于σ相、Q相的析出和θ′相周围Si的偏聚，使θ′析出相尺寸进一步减少、粗化速度降低。但在225℃长时间热暴露后，会因为Si的偏聚消失，使部分θ′相粗化，合金的热稳定性下降。     

微观相场法研究沉淀早期两相竞争对筏化的影响

基于微观相场动力学模型,研究沉淀早期不同成分Ni-Al-V合金时效时有序相的生长和组织生长方向的变化。结果表明:沉淀早期有序相间的竞争生长会很大程度地影响合金的形貌及生长方向。在一定的温度、应力场作用下,Al含量较低时,DO22有序相先析出,DO22相颗粒数量较多、尺寸较小,有序相的筏化不明显,合金整体上无显著的筏化现象;Al含量稍高时,L12相先析出,DO22相颗粒数量较少、尺寸较大,组织在[010]方向上发生一定程度的择优生长;Al含量较高时,L12相先析出,DO22相颗粒数量继续减少、尺寸继续增大,组织在[100]方向上显示出较强的筏化趋势;较低温度时效的合金L12有序相析出提前,组织的筏化趋势较弱。     

Ti14合金在等温热暴露条件下Ti2Cu相的粗化行为

研究了Ti14合金中Ti_2Cu相在500℃等温热暴露下的静态粗化行为,揭示出Ti_2Cu相的生长速率和形态变化受扩散机制控制。结果表明:静态粗化过程由快速粗化阶段和稳定粗化阶段组成,其中快速粗化阶段主要由末端迁移机制控制,由于条状Ti_2Cu相的末端与长轴方向界面能的差异,溶质原子的扩散过程导致板条状Ti_2Cu的粗化和破碎。而稳定粗化阶段主要由Oswald熟化机制控制,随着时间的延长,合金中Ti_2Cu析出物的尺寸持续增大,而粗化速率降低。Ti_2Cu相的快速粗化会引发第二相的强化,并有效提高快速粗化阶段的可塑性。但是在稳定粗化阶段,由于Ti_2Cu相的长大会增加其位错的有效滑移长度,并进一步影响其裂纹形核阻力同时改变界面构型和晶格失配,从而降低Ti14合金的拉伸塑性。     

Ni75AlxV25-x合金沉淀相粗化行为的微观相场模拟

基于共格应变的微观弹性理论和微观相场动力学模型,模拟了Ni75AlxV25-x合金沉淀过程的组织演化和粗化行为．结果表明：两种沉淀相颗粒在粗化阶段均表现出明显的取向性．θ相（Ni3V）沿[100]方向的生长趋势明显超过[001]方向,γ’相（Ni3Al）沿（001）方向排列．二相析出顺序与Al含量有关,先析出相的长大和粗化两个阶段比较分明,后析出相的长大和粗化过程同时进行．两种有序相发生粗化以相邻颗粒碰撞并融合为较大颗粒的方式进行．不同浓度的合金两相析出先后顺序及体积分数不同,但最终形貌基本一致,两相均呈长方块状分布,并且具有（001）θ‖{100}γ＇的取向关系．     

一种镍基单晶高温合金长期时效后γ'相的粗化动力学

研究了第二代镍基单晶高温合金DD5在870～980℃时效150～2000 h后γ′相的粗化动力学。结果表明:长期时效后DD5合金γ′相的形貌和尺寸取决于时效温度和时效时间,可用形貌稳定因子来表征;在870～980℃时效温度下,枝晶中γ′析出相发生粗化,γ′析出相的平均尺寸随时效时间和温度的增加而增大;动力学计算结果表明DD5合金在长期时效后,γ′相的粗化长大受合金元素扩散的控制,γ′析出相依然保持规则立方状,具有较好的组织稳定性。     

FGH97合金连续冷却过程中的γ′相析出行为

为了研究固溶冷却速度对粉末高温合金FGH97的γ′相析出行为,利用Gleeble-3800热模拟试验机以及模拟热处理炉获得了15~240°C/min的冷却速度,主要分析了不同冷却速度对二次γ′相尺寸、形貌以及力学性能的影响。研究发现,二次γ′相在冷却过程中发生析出、长大,甚至是粗化,并且其形貌、尺寸以及析出温度、析出范围主要取决于冷却速度,而时效处理几乎没有影响。在15°C/min的较低冷速下,二次γ′相发生粗化并分裂,形成0.38μm左右的方形颗粒,这些二次相周围还会析出三次γ′相;而当冷却速度达到60°C/min时,二次γ′相尺寸降至0.22μm左右,三次γ′相析出则被完全抑制。在析出相含量、尺寸以及γ/γ′错配度的共同作用下,合金强度随着冷却速度的增加呈现出先降低后升高的趋势。     

Zr-Ti-Cu-Ni-Be大块非晶合金等温晶化过程相分离研究

利用差示扫描量热法(DSC)和透射电镜(TEM)对Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5(at％)大块非晶合金的等温晶化过程和析出相进行了研究。结果表明，大块非晶合金在等温晶化过程中表现出多阶段相析出行为，并且在不同的晶化阶段，析出相也有所不同。在第1个晶化阶段，析出相主要是体心四方(b.c．t)结构的Zr2Cu相；而在晶化的第2个阶段，晶化相主要为简单六方结构的ZrBe2相。从一定程度上证实了Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金在发生晶化时会形成富Zr区和富Be区，即有相分离的趋势。XRD测试的结果也证实了非晶合金在发生完全晶化时，主要的晶化产物为Zr2Cu和ZrBe2相。     

抗菌时效处理对含Cu双相不锈钢组织和性能的影响 Ⅰ.富Cu相的微观结构及演变规律

采用SEM,XRD以及TEM对经抗菌时效处理后的含Cu双相不锈钢中抗菌富Cu相的微观结构及析出演变规律进行了研究.结果表明,在540 - 580℃温度范围内.双相不锈钢中的铁素体基体及α/γ相界上均有抗菌富Cu相析出,奥氏体内没有新相的析出;随时效时间的延长,析出相逐渐粗化,并由球形颗粒状转变为棒状或长条状;随着时效温度的提高,富Cu相析出速率加快,较快地由颗粒状转变为棒状;时效处理过程中,富Cu相会随时间的延长及温度的提高从亚稳态过渡到稳定的ε-Cu相;ε-Cu相具有复杂的多层孪晶结构,与铁素体基体满足Kurdjumov- Sachs取向关系:（111）_ε-Cu∥（110）_α-Fe,[011]_ε-Cu∥[001]_α-Fe,（111）_ε-Cu∥（121）_α-Fe,[011]_ε-Cu∥[012]_α-Fe.     

FGH96合金中γ＇相的高温粗化行为

利用热力学计算，SEM分析研究了FGH96合金中的γ’强化相的高温粗化规律，并对γ’相的粗化行为进行了动力学分析。结果表明：随着合金中组元Nb和Ti/Al值的变化，FGH96合金中γ＇相的溶解温度区间为1088℃-1125℃，在高温热处理过程中，随着保温时间延长，合金中小γ＇相数量减少，单位面积内的γ＇颗粒数目减少，大γ＇颗粒数目明显增加，即发生了Ostwald熟化；γ＇相粗化遵循L-S-W理论，即：γ^-1xt,γ＇相的粗化激活能Q=293.6kJ/mol,γ＇颗粒的粗化主要由Ti和Al在基体中的扩散所控制。     

Mn对钢中富Cu相和NiAl相复合析出过程的影响

将Fe-Cu-Ni-Al和Fe-Cu-Ni-Al-Mn钢900℃固溶2 h后水淬,在500℃时效不同时间,利用硬度测试和原子探针层析技术(APT)研究Mn对钢中多元强化相析出过程的影响.硬度测试结果显示,Mn的加入增强了钢时效初期的析出强化效果,加快了整个析出强化的进程.APT结果表明,Mn提高了时效初期析出相的形核率,加快了析出相的长大和粗化速率,进一步加速了富Cu相和Ni Al相的分离.这是由于Mn可降低析出相的形核能,加快各元素在基体中的扩散速率,同时Mn取代Ni Al相中Al的位置,在Ni Al相中形成缺陷,加速了Cu在其中的扩散速率.