用三维原子探针研究压力容器模拟钢中富铜原子团簇的析出

用三维原子探针（3DAP）和热时效处理方法研究压力容器模拟钢中富铜原子团簇的析出过程.提高了Cu含量的压力容器模拟钢样品经过880 ℃加热淬火后,在400和500 ℃进行了不同时间的时效处理,显微硬度测试结果表明,在400和500 ℃时效的过程中硬度峰值分别出现在100和5 h.3DAP分析结果显示,样品在400 ℃分别时效100,150和300 h后,富铜原子团簇的数量密度是递增的,从1.5×10²³ m^-3增加到6.2×10²³m^-3,但富铜原子团簇的长大非常缓慢,团簇的最大等效直径只从2 nm增大到了3.5 nm,团簇中的Cu原子数分数 x 为20%,还含有Mn和Ni,并且观察到Mn和Ni在团簇和基体金属的界面处发生明显的富集.     

核反应堆压力容器模拟钢中纳米富Cu相的变形特征

提高了Cu含量的核反应堆压力容器(reactor pressure vessel,RPV)模拟钢样品,经过880 cC水淬、660℃调质处理和400℃1000～4000 h的等温时效处理,观察到纳米富Cu相的析出;随后进行20%～30%冷轧变形,采用萃取复型(extractionreplica,ER)和高分辨透射电镜(high resolution transmission electron microscopy,HRTEM)的方法研究纳米富Cu相的变形特征.研究结果表明,镶嵌在α-Fe基体中的纳米富Cu相,在冷轧变形时的变形机制较为复杂,存在多种变形方式.当纳米富Cu相的晶体处于有利取向时,可以跟随基体一起发生滑移变形,表现为"软"颗粒的特性;当晶体处于不利取向时,会发生孪生变形,甚至诱发马氏体相变,有时生成"轮毂辐条"状的孪晶结构,大大提高了纳米富Cu相继续变形时的抗力,表现为"硬"颗粒的特征,因而析出纳米富Cu相会产生明显的强化作用.     

17-4PH不镑钢的研究现状及发展趋势

阐述了当前核工业螺栓中应用广泛的沉淀硬化17-4PH不锈钢的成分,合金元素在析出强化过程中的作用及热处理工艺对其综合性能的影响,归纳总结了时效完成后该钢的显微组织形貌对力学性能影响.研究表明：时效过程中富铜相的析出是17-4PH不锈钢的主要强化机制.未来发展趋势在于渗氮表面强化热处理工艺的广泛应用,该工艺是当前行业上最为认同的一项工艺;而使用三维原子探针作为表征手段对富铜相析出进行纳米级别分析是未来研究的一种新思路.     

17-4PH不锈钢的研究现状及发展趋势

阐述了当前核工业螺栓中应用广泛的沉淀硬化17-4PH不锈钢的成分,合金元素在析出强化过程中的作用及热处理工艺对其综合性能的影响,归纳总结了时效完成后该钢的显微组织形貌对力学性能影响.研究表明:时效过程中富铜相的析出是17-4PH不锈钢的主要强化机制.未来发展趋势在于渗氮表面强化热处理工艺的广泛应用,该工艺是当前行业上最为认同的一项工艺;而使用三维原子探针作为表征手段对富铜相析出进行纳米级别分析是未来研究的一种新思路.     

650℃长期时效过程中Super 304H耐热不锈钢组织的演变

对600℃超超临界电站锅炉过热器/再热器用Super304H耐热不锈钢的长期组织稳定性进行了研究.将Super304H管材经650℃、104h长期时效后,用扫描电镜、透射电镜和原子层析技术综合分析了Super304H中析出相的行为,包括相析出初期的原子聚集,析出相的本质、成分、形态以及尺寸大小和分布.结果表明,Super304H中主要析出相为富Cu相、MX和M23C6.随时效时间的延长,M23C6颗粒很快粗化,特别是在晶界处逐渐由颗粒状长大成连续状,而减弱了应有的强化效应;晶内弥散析出,尺寸为150nm左右的MX相数量明显增多,特别是尺寸细小(3～35 nm)的富铜相,均匀弥散分布.说明Super304H中起主要强化作用的是富铜相,其次是MX相和一部分M23C6碳化物.     

热处理对挤压铸造2024铝合金组织与性能的影响

采用挤压铸造技术制备了2024铝合金管件,研究了固溶处理对析出相溶解过程的影响.结果表明:固溶处理初期,组织中θ和S相的数量逐渐减少,但在晶界的共晶相中还有一定的Cu含量;随固溶时间增加,合金基体中Cu和Mg的含量逐渐增多,晶界处的共晶相大部分固溶进入基体,合金的固溶强化作用主要来源于富Cu,Mg相的溶解.合金经过495℃固溶处理16 h+190℃时效12 h后,抗拉强度达到435 MPa,延伸率6.9%.     

共掺杂(Cr,Cu,Li)调控Co原子在Co掺杂的ZnO磁性半导体中的分布

利用X射线吸收谱(XAFS)和X射线光电子能谱(XPS)等技术研究了共掺杂原子(Li,Cu,Cr)对Co原子在Co掺杂ZnO薄膜中分布形式的影响.在共掺杂前,Co原子以替代Zn原子的替代位和金属Co团簇两种形式存在.共掺杂Cr原子后,样品中的Co团簇消失,掺杂的Co原子只以替代位的形式分布在ZnO基体中.与之相反,共掺杂Cu(Li)原子后,样品中的Co团簇含量显著增加.进一步分析表明,共掺杂的Cr原子与Cu(Li)对Co原子分布形式具有截然不同的调控作用是与共掺杂原子在ZnO基体中的空间占位特点密切相关.     

Cu纳米团簇发光性能的调控研究

报道了通过硫醇配体实现Cu纳米团簇发光特性的调控.光致发光谱(PL)显示,在初始合成的2-巯基-5-正丙烷基嘧啶(MPP)包覆的Cu纳米团簇溶液中逐渐增加十二硫醇(C12SH)的浓度,Cu纳米团簇主发光峰的波长从623 nm逐渐蓝移到584 nm.质谱结果显示,在配体交换过程前后,Cu纳米团簇中Cu原子数目保持不变,但随加入的C12SH的浓度增加,C12SH逐渐取代原有的MPP配体.通过X射线吸收精细结构(XAFS)技术进一步研究了溶液中发生配体交换过程的Cu纳米团簇的原子结构变化.结果表明,随着C12SH浓度的增加,金属特征的Cu—Cu配位消失,Cu—S键长从0.228 nm缩短到0.224 nm,同时Cu—S之间的电荷转移增多,C12SH的刻蚀使得Cu纳米团簇的原子构型由初始的四面体排布展开为"—S—Cu—S—"一维链状结构,导致团簇整体发生金属性到共价性的转变,从而引起光致发光和吸收波长的显著蓝移.     

用SDS-PVP软模板制备镍纳米粒子

以十二烷基硫酸钠(SDS)-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)软团簇为模板,水合肼为还原剂还原氯化镍制备纳米镍粉,采用X-射线衍射仪、透射电镜、激光粒度分析仪及差热分析仪等对其进行表征.结果表明:在制备过程中,SDS-PVP团簇具有防止镍粒子团聚的作用;所得镍纳米粒子属立方晶系,平均粒径为16 nm;制备得到的镍粒子的熔点为538.7℃,远低于普通尺寸镍的熔点(1452℃),这与文献报道的镍纳米粒子熔点为524.3℃相近,从而证明了在SDS-PVP模板中制备出镍纳米粒子.     

团簇在金属表面沉积过程的分子动力学模拟

在冷喷涂过程中,喷涂粒子被超音速气流加速到较高的速度,在低于喷涂材料熔点的温度下撞击基体,发生剧烈的塑性变形而沉积形成涂层.但是由于高速粒子碰撞变形的瞬时特点,不能对粒子变形沉积过程进行直接观察,通过对Ni团簇在Cu基体上的沉积过程的分子动力学模拟,可以观察到团簇撞击基体并在基体上沉积的过程,以及团簇和基体的形貌变化;另外,通过计算团簇原子进入基体表面层的数量探讨了影响团簇沉积过程的主要因素.     

The precipitation strengthening behavior of Cu-rich phase in Nb contained advanced Fe–Cr–Ni type austenitic heat resistant steel for USC power plant application

Copper has been used as a strengthening element in newly developed Fe–Cr–Ni type austenitic heat resistant steel for inducing Cu-rich phase precipitation to meet high temperature strength requirement for 60°C Ultra Super-Critical (USC) coal fired power plants for many years. However, the precipitation behavior and strengthening mechanism of Cu-rich phase in these advanced austenitic heat resistant steels is still unclear. In order to understand the precipitation strengthening behavior of Cu-rich phase and to promote high strength austenitic heat resistant steel development, 18Cr9 NiCuNb steel which is a Cu-added Nb contained advanced Fe–Cr–Ni type austenitic heat resistant steel has been selected for this study to be aged at 650°C till to 10,000 h. Micro-hardness and room temperature tensile test were conducted after long-time aging. SEM,TEM, HRTEM and three dimensional atom probe (3DAP) technology accompanying with thermodynamic calculation have been used to investigate the Cu-rich phase precipitation behavior during 650°C aging. The experimental results showed that Cu atoms can quickly concentrate in clusters at very early precipitation stage to form the fine nano-size Cu-rich ‘‘segregation areas’within less than 1 h at 650°C. With increasing aging time at 650°C Cu atoms continuously concentrate to Cu-rich segregation areas (clusters) and simultaneously other kinds of atoms such as Fe, Cr and Ni diffuse away from Cu-rich segregation areas to austenitic matrix, and finally to complete the transformation from Cu-rich segregation areas to Cu-rich phase. However, there is only Cu atoms concentration but not crystallographic transformation from early stage of Cu-rich clusters forming to the final Cu-rich phase formation. Even the Cu atom becomes the main composed element after 500 h aging at 650°C the Cu-rich phase still keeps coherent relationship with austenitic matrix. According the experimental results in this study, Cu-rich phase precipitation sequence which starts from the Cu atom segregation followed by the Cu diffusing from matrix to segregation areas and Fe, Cr and Ni atoms diffuse out from Cu-rich areas to matrix without crystallographic transformation is proposed. The Cu-rich phase is the most dispersed phase and contributes the most important strengthening effect among all precipitated phases (M23C6, MX and Cu-rich phase). It has been found that Cu-rich phase is very stable and still keeps in nano-size even for 10,000 h aging at 650°C. The unique precipitation strengthening of Cu-rich phase in combination with nano-size Nb-rich MX phase and grain-boundary M23C6carbide contributes excellent strengthening effect to 18Cr9 NiCuNb austenitic heat resistant steel.     

Ti微合金化对3.5Ni钢低温韧性的影响

利用光学显微镜和透射电镜观察不同Ti含量3.5Ni钢试样的组织及析出物,并通过测定其-80～-120℃的夏比冲击功来研究Ti微合金化对3.5Ni钢低温韧性的影响。结果表明,与0.042Ti试样相比,0.079Ti试样在热轧态和正火+回火态时晶粒大小相同,但其热轧态组织中珠光体细化,且正火+回火态组织中TiN数量增多,平均尺寸约为150nm;正火+回火处理后,0.079Ti试样在-80～-120℃的夏比冲击功为233～23J,均低于0.042Ti试样相应值(234～66J);对于正火+回火态试样,较粗大TiN粒子的析出是造成其低温韧性降低的主要原因。     

淬火温度对12Cr14Ni2不锈结构钢组织及力学性能的影响

使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)及透射电镜(TEM)分析研究了淬火温度对12Cr14Ni2索氏体不锈结构钢的显微组织和力学性能的影响.结果表明:热轧后的实验钢板经 900~1050℃保温0.5h淬火及710℃高温回火2h热处理后,均可以获得细小均匀的回火索氏体组织;回火索氏体晶界处存在大量直径100~200nm的富含Cr的M₂₃C₆型析出相;随着淬火温度从900℃升高到1050℃,淬火后奥氏体晶粒尺寸逐渐增大,进而导致热处理后的回火索氏体组织粗化;实验钢强度先减小后增大,延伸率和冲击功均先增加后降低;在最佳淬火温度950℃时,实验钢抗拉强度为767MPa,屈服强度为588MPa,断后延伸率为22%,在20℃时冲击功达107J,综合力学性能优异.     

低温压力容器钢回火过程组织转变规律

以07MnNiMoVDR钢为研究对象,通过热膨胀试验、TEM检测相结合的方法,研究其回火过程中各回火温度区间中组织转变和碳化物析出的变化规律.结果表明:300℃回火时,残余奥氏体分解,片状θ-碳化物位于仍具有较高位错密度的α相板条之间;650℃回火时,α相除回复外,部分α相还发生了再结晶,析出物分布于已回复的板条之间以及再结晶晶界上.     

时效对10Ni10Mn2CuAl钢组织及性能的影响

基于富Cu相和NiAl(Mn)相复合沉淀析出强化的方式设计了一种新型高强度舰船用钢10Ni10Mn2CuAl,探究了时效处理工艺对10Ni10Mn2CuAl钢的组织及性能的影响.采用Thermo-Calc软件对析出相析出温度和含量进行理论计算,采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)对基体典型夹杂及对时效处理后组织进行了分析,并进行了性能测试.研究结果表明:钢中富Cu相析出温度区间为300~606℃,最高质量分数为1.41%.随时效时间增加,马氏体板条呈现粗化到细化演变,硬度增加到峰值后趋于稳定.随时效温度升高加速析出相析出过程,硬度达到峰值的时间缩短.在最佳热处理工艺下(500℃时效24h),实验钢屈服强度为1435.51MPa,抗拉强度为1555.42MPa,延伸率为8%,综合性能达到最优.     

机械合金化Fe100-xCux体系的结构

利用XAFS和XRD方法分别研究了机械合金化80 h制备的Fe_100-xCu_x 系统的晶体结构及Fe和Cu原子的局域配位环境.结果表明,当x＞40时,样品中Fe原子的bcc结构消失,Cu原子的近邻结构基本不变,fcc晶格参数随x的增加而减小;当x＜30时, Cu原子的fcc结构消失, Fe原子的近邻结构基本不变,bcc晶格参数随Cu原子的比例减小而增大;而x=30左右时,fcc和bcc结构共存.研究结果还表明, Fe原子和Cu原子的比例不是相差很大时,Fe原子和Cu原子的近邻配位无序度会在很大的范围内变化,说明Fe-Cu二元体系不可能形成均匀的过饱和固溶体,存在Cu富集区和Fe富集区,是由多种物态组成的混合物.     

回火对非调质SG钢组织和性能的影响

采用低频力学谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜并结合JMatPro软件分析了贝氏体型非调质SG钢在350 °C回火后的组织及强韧化机制,分析其内耗与温度的关系曲线中Snoek峰、SKK峰及其微观形貌,探讨了贝氏体中铁素体的碳原子分布及析出行为、粒状贝氏体中岛状马氏体/奥氏体的分解规律.结果表明：未回火SG钢的Snoek峰强度极低,且贝氏体中铁素体的固溶碳原子含量较低;经350 °C回火2 h后,SG钢的屈服强度最高.这是由于析出强化和位错强化共同作用的结果,其中分解出现的弥散碳化物Cr7C3相起到了主要作用.     

淬火介质对耐磨铸钢组织和性能的影响

分别研究了以水和机油作为淬火介质的42CrMo钢和双相耐磨钢淬火+回火后的显微组织和性能.确定了双相耐磨钢和42CrMo钢的最佳热处理工艺及性能.结果表明:双相耐磨钢经水淬和油淬回火后的显微组织均为板条马氏体+针状贝氏体+碳化物;42CrMo钢经水淬和油淬回火后的显微组织分别为回火马氏体+残余奥氏体和回火马氏体+铁素体+贝氏体.经过480h的低应力磨料磨损实验发现,水淬+280℃回火处理的42CrMo钢耐磨性能最好,其相对耐磨性可达高锰钢的1.558倍.