铁素体中Ce与P晶界共偏聚的化学状态

用XPS结合计算机模拟研究了Ce与P在铁素体晶界上的偏聚状态。结果表明:当晶界P偏聚浓度较低,并以固溶态存在时,Ce对P的化学状态影响较小;当P的晶界浓度较高时,并以不同的化学状态存在时,Ce的影响较大,较多的Ce会改变P的化学状态。计算机模拟表明,晶界上P的化学状态取决于其偏聚结构。     

AES与计算机模拟技术研究Ce-P晶界共偏聚

用俄歇能谱分析(AES),结合计算机模拟技术研究稀土元素Ce与杂质元素P在铁中的晶界共偏聚规律。实验结果表明,在P含量较低的情况下,Ce有抑制P晶界偏聚的作用,而当P含量较高时,Ce却有促进P晶界偏聚的作用。计算机模拟结果表明,当晶界上P的偏聚量不同时,Ce原子与P原子在晶界形成的偏聚结构不同。Ce对P在晶界偏聚作用的改变主要是因为晶界偏聚的P浓度不同使Ce与P晶界共偏聚所形成的最低能量结构改变。     

金属间化合物Ni3Al中的硼晶界偏聚特性的AES研究

本文应用俄歇能谱仪研究了不同化学计量比ＮｉＡｌ金属间化合物硼在晶界偏聚的特性。研究结果表明：硼在Ｎｉ３Ａｌ的各个晶界偏聚存在着不均匀性，硼在晶界的偏聚范围只有几个原子层，晶界结构及晶界化学环境是影响在晶界偏聚的决定因素。     

溶质原子晶界偏聚动力学过程的数值模拟

建立了溶质原子在晶界的平衡偏聚、非平衡偏聚、晶界偏聚溶质向沉淀析出转化以及冷却速度等因素的晶界偏聚物理模型和数学模型.模型考虑了晶界及晶界附近扩展畸变区对溶质的吸附作用和吸附能力.对含硼0.001 0%的Fe-40%Ni-B合金体系从1 150℃连续冷却到640℃的过程中硼的晶界偏聚状态进行了模拟计算.计算表明,晶界区域硼富集因子在降温初期增加较快,随后增幅变缓,模拟数据显示过程中有晶界区域硼原子向晶内的反向扩散;当晶界上偏聚的硼转化为析出物时,晶界区域富集因子的增加再次变快.模拟计算结果与已发表的实验结果吻合较好.     

硼分布对Ni_3Al晶界的影响

用径迹显微照相技术(PTA)和TEM研究了含0.065wt％B的Ni_3Al合金中的硼分布对其晶界的影响。研究表明,当该合金于700、850、1000℃保温并空冷时,存在硼的晶界偏聚,且偏聚量随着保温温度的升高而减少,保温温度为1000℃时,偏聚量很少;保温温度为700℃或850℃时,偏聚量较大。硼晶界偏聚对该合金晶界内聚力的提高起着关键作用,硼的偏聚量较大时,合金呈完全穿晶断裂;硼的偏聚量较少时,合金呈完全沿晶断裂。     

硼钢淬透性与硼偏聚

用改进的径迹显微照相技术研究了50B钢800—1150℃顶端淬火试样中硼的分布状态及其变化规律与硼钢淬透性的关系。试验表明,硼钢淬透性的变化与冷却时硼向奥氏体晶界偏聚的发展速度密切相关。晶界硼偏聚来自二侧贫硼区,利用成分剖面图技术可定量测定这种偏聚的发展速度。 晶界硼偏聚发展过快与过慢均对发挥硼效应不利。试验表明,只有当晶界硼偏聚的发展速度与基体成分相变孕育期能较好配合时,硼的效应最大。利用这种观点可正确说明硼钢淬透性的变化特征及认识与分析影响硼钢淬透性的各种因素。     

RPV模拟钢热时效过程中碳化物与基体界面元素的偏聚

研究不同磷含量的反应堆压力容器(reactor pressure vessel, RPV)模拟钢在880 ºC固溶, 400 ºC不同时间时效后碳化物周围元素的偏聚. 结果表明, 低磷和高磷模拟钢在时效过程中均发现板条内碳化物与基体界面处存在磷偏聚, 偏聚程度与晶界一致. 高磷样品时效150 h, P, Si和C同时在厚度约为20 nm的范围内富集, 其浓度为基体的2倍; 高磷样品时效500 h, 在Fe₃C与基体的界面处分别存在厚度为7 nm的P和Si偏聚层, 其中P偏聚在近Fe₃C一侧, Si偏聚在近基体一侧, Si的偏聚阻碍了碳化物的长大.     

磷在Fe-P-C-Cu-Mo铁基粉末合金中的分布及其对性能的影响

在铁基粉末冶金材料中,为了获得强韧化效果,磷已被作为添加元素之一。本研究利用俄歇能谱、扫描电镜及能谱仪等研究了含0.6％磷的Fe-P-C-Cu-Mo合金中磷的分布及其对性能的影响。发现在1080℃～1200℃烧结,磷在晶界的浓度高于其在晶内的浓度。在此温度范围内,烧结温度越低,磷在晶界的偏聚程度越高。当烧结后的合金中含有大量的铁素体时,磷的这种偏聚状态对合金冲击韧性的影响被合金组织的影响所掩盖。在1080℃～1240℃烧结的合金断口均为穿晶断裂。此外还观察到回火后磷的分布对合金断裂方式及机械性能影响很大。合金淬火后在200℃回火,固溶在基体中的钼具有抑制磷向晶界偏聚的作用,合金断口表现为穿晶断裂;在400℃回火,由于钼形成了碳化钼(Mo_2C),失去了抑制磷偏聚的作用,这时磷主要偏聚在晶界,造成合金沿晶断裂,冲击韧性下降;在600℃回火,由于温度较高,减少了磷向晶界偏聚的趋势,并有利于磷作长程扩散,此时磷主要偏聚在孔隙表面,使合金具有较高的冲击韧性,合金断口呈韧窝状。     

偏聚于晶界的轻杂质对Fe韧脆特性的影响

利用第一原理理论计算了轻杂质P、N在体心F e∑3[110](111)晶界和F e(111)表面的偏聚能,从能量方面对P、N的韧脆机制进行了探讨.结果表明,P在晶界上的偏聚能比表面上更高,更有利于偏聚在表面而非晶界,而N则相反.因此,P为脆性杂质,N为韧性杂质,此结果与实验观察相符.还分析了造成这一结果的化学因素和力学因素的影响,指出了在计算中对原子结构进行驰豫的必要性.     

稀土对CuP耐大气腐蚀钢韧性的影响

用系列冲击试验,AES和SEM分析研究了CuP耐大气腐蚀钢中P的偏聚行为,钢中添加稀土后断口形貌的变化及对钢韧性的影响。结果表明,钢中加入稀土,可净化晶界,断口形貌由沿晶断裂向穿晶断裂过渡,提高韧性。CuP钢中确有P沿晶界偏聚。添加稀土后,晶界P偏聚减少,是钢韧性提高的重要原因,但P的偏聚尚未完全消失。     

硼对2.25Cr—1.0Mo钢热塑性的影响

采用Gleeble-2000热模拟试验机研究了2.25Cr-1.0Mo钢的高温力学性能。探讨了硼对高温力学性能的主要影响，结合溶质原子晶界偏聚理论分析了硼对高温力学性能的影响机制，研究中发现，在连铸过程中，硼添加到钢中，显著推迟了选共析铁素体的析出，抑制了P，S等元素在晶界的偏聚。根据研究结果，结论向钢中加入微量元素硼，这样可以控制2.25Cr-1.0Mo钢的表面裂纹产生，提高产品质量和成材率。     

Si-Mn-Mo-V钢在淬火和低温回火状态下的脆化与韧化

本文利用冲击韧性试验、扫描电镜、离子探针及俄歇谱议等手段研究讨论了合金元素Si和Mn对Si-Mn-Mo-V钢在淬火和低温回火状态下韧性的影响规律。研究结果表明:当钢中不含Si或含有少量Si面单独加入Mn,则由于Mn-P在晶界共偏析的原因,使P在晶界的浓度大为增加,导致了钢在淬火和低温回火状态下沿晶断裂的发生,从而降低了钢的韧性水平。在高Mn(2％Mn)钢中加入Si,由于Si在晶界的富集及Si-P的相互排斥作用,使P在晶界的偏析浓度下降。从而在一定程度上抑制了晶界脆性的发展和晶界断裂的发生,使钢的韧性水平显著提高。 本文还研究了Si和Mn对Si-Mn-Mo-V钢低温回火脆性(350℃脆性)的影响。实验结果表明:低温回火脆性既与杂质元素的晶界偏析有关,又与ε碳化物向渗碳体转化及渗碳体沿原奥氏体晶界成薄片状析出有关,由于Si和Mn既能影响杂质元素,特别是P在晶界的偏聚,又能影响ε碳化物向渗碳体转化,故Si和Mn对Si-Mn-Mo-V钢低温回火脆性发生的温度和强烈程度均有显著的影响。     

工程合金中空位—溶质原子复合体扩散与非平衡偏聚

通常固体中的扩散被认为是单原子扩散问题 ,并形成完善的平衡偏聚理论 .非平衡偏聚过程是伴随着空位在晶界的湮灭过程发生的 .晶界上可同时存在平衡偏聚与非平衡偏聚 ,存在一个偏聚转折温度 ,在此温度以上 ,非平衡偏聚起主导作用 ,此温度区以下 ,平衡偏聚为主导 .复合体扩散机制可以圆满的解释非平衡偏聚现象 .     

溶质元素晶界偏聚行为的研究现状

主要从溶质元素晶界偏聚对金属材料性能的影响及影响元素晶界偏聚的因素两个方面,对近十年来关于溶质元素晶界偏聚的研究进行了介绍和总结,并对今后晶界偏聚行为的研究方向与趋势进行了展望,以期对溶质元素晶界偏聚的理论研究与实际应用提供参考。     

稀土、磷等元素在淬火钢回火时的晶界偏聚

本文应用电镜和扫描电镜观察了DZ-40钢和重轨钢淬火高温回火脆化断口,对断口进行了稳定电位测定及微量磷的化学分析,用离子探针对断口上磷、稀土元素铈和锰等的深度分布进行测定。实验证实了磷、铈在淬火钢高温回火时在原奥氏体晶界发生偏聚,锰也在原奥氏体晶界富集。铈在晶界的偏聚减缓了磷在晶界偏聚的进程,锰和磷的相互作用加速了磷在晶界的偏聚。文章讨论了磷和铈的晶界偏聚,铈和磷以及锰和磷之间在晶界偏聚过程中的相互作用。     

硼在奥氏体晶界的两种偏聚形式

用PTA方法研究了Fe-30％Ni合金中硼在晶界的偏聚行为。实验表明在550-1200℃保温后用不同方式冷却的试样中存在平衡与非平衡两类硼偏聚,它们各自的形成机制不同,试验条件对它们的影响不同。平衡偏聚在保温时形成,在低温区淬火时起主要作用。在高温加热后,用通常冷却速度淬火时,晶界偏聚主要来源于冷却过程中产生的非平衡偏聚,实际瘁火试样中观察到的硼偏聚是这两类偏聚的叠加。试验指出,Fe-30％Ni合金中偏聚方式有一个转折温度区,这温度受冷却速度影响,在通常冷却速度下,这个转折温度在650～750℃之间。     

磷在2.25Cr1Mo钢中晶界偏聚行为的研究

利用AES俄歇能谱仪检测了经980℃淬火后的2．25Cr1Mo钢在540℃回火时钢中磷元素在晶界上的偏聚情况。根据平衡晶界偏聚理论和偏聚动力学估算了磷与晶界的结合能以及磷在钢中的扩散系数，并将得到的上述参数值同相关资料中给出的数值进行了比较和讨论。     

预形变量对再结晶晶界反常硼偏聚的影响

用二次压缩方法测定了含硼面心Ｆｅ－３０％Ｎｉ合金１０００℃热变形１０％和４０％后保温时的软化率曲线，并由此估计了再结晶过程。用径迹照相方法（ＰＴＡ）研究了再结晶过程中运动晶界反常偏聚规律以及形变量对反常硼偏聚的影响。用定量统计方法测量了不同形变量下，运动晶界的硼偏聚量。结果表明，新晶粒长大过程中，晶界反常偏聚量与形变量、晶界运动速度等因素有关，并用半定量的方法估算了不同形变量下，再结晶新晶粒长大过     

锰对结构钢中磷在晶界偏聚的影响

作者通过 IMA—Ⅱ型离子探针和萃取分析等实验方法,研究了锰对磷在晶界上偏聚量的影响。结果表明,锰和磷的共偏聚作用控制着磷的晶界偏聚量,而基体中锰的固溶量又控制着这种共偏聚作用,从而控制着含锰结构钢韧脆转变温度的高低。脆化初期,锰和磷向晶界的偏聚作用强,使韧脆转变温度升高。随着回火脆化时间增加,锰和磷向晶界的偏聚趋于平衡,与此同时,锰不断溶入渗碳体,使磷发生共偏聚的基体固溶锰量降低,又使磷从晶界上解聚,导致韧脆转变温度降低。     

应力作用下2.25Cr-1Mo钢中磷的晶界偏聚

对加氢反应器随炉运行试样在146.67MPa的作用应力下,分别进行125、200和400h的等温回火脆化试验,然后对试验后试样进行俄歇电子能谱分析试验(AES),得到有、无应力下杂质元素P原子的晶界偏聚量.结果表明:有应力作用下的P原子的晶界偏聚量要比无应力下的要低,且冲击试样的断口形貌与晶界P原子的偏聚结果相一致.导致加氢反应器材料2.25Cr-1Mo钢回火脆化主要原因是P原子在晶界偏聚所致,而作用应力对杂质P原子的偏聚有一定的影响,并且起到抑制作用,且随着保温时间的增加,这种作用不断加强.