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.     

Cu对超低碳贝氏体钢耐腐蚀性能的影响

借助透射电镜和电化学测试系统,对含铜超低碳贝氏体钢(ULCB)经不同工艺热处理后的微观组织及在0.01mol/LNa2SO4 0.01mol/LNaCl溶液中的腐蚀行为进行研究,并分析了Cu对ULCB钢耐腐蚀性能的影响.结果表明,高铜试样(wCu≥1.0%)经淬火后形成均匀的过饱和固溶体,具有较好的耐腐蚀性能.试样经低温400℃时效处理后,ε-Cu相析出很少,基体组织中的缺陷大大减少,耐腐蚀性能得到改善.当时效温度升至600℃时,析出的ε-Cu颗粒粗化且数量增多,与基体组织形成腐蚀微电池,导致腐蚀电流增加,试样耐腐蚀性下降.     

时效温度对890MPa级含铜钢组织与性能的影响

根据纳米析出强化机制,设计了一种屈服强度为890MPa的超高强海洋工程用钢——NEU890钢.在相同固溶条件下,研究了时效温度对NEU890钢显微组织、室温拉伸性能、-40℃ Charpy冲击功的影响.用透射电子显微镜分析纳米级析出相分布,并计算出其强度贡献值.结果表明,固溶态试样屈服强度为852MPa,500℃时效屈服强度达到峰值1026MPa,呈现典型时效析出强化特征.NEU890钢的脆性时效温度区间为300~500℃.当时效温度为550~600℃时,NEU890钢的屈服强度为994~910MPa,-40℃冲击功为108~166J,可满足EQ91钢拉伸和冲击性能指标要求.     

时效温度对Fe-Ni-Cr沉淀强化合金焊缝显微组织及力学性能的影响

采用OM、SEM等手段表征不同时效处理工艺下Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金焊缝显微组织;采用硬度显微仪表征时效温度对焊件力学性能的影响.结果表明:焊缝区分为垂直于焊接方向的柱状晶区和焊缝中心细小的等轴晶区,柱状晶区与等轴晶区有明显的分界线.同样保温8 h,当时效温度为640℃时,焊缝柱状晶区和等轴晶区均匀分布着细小的γ′颗粒,且晶界及晶内不存在η相的析出;随着时效温度的升高,晶界及晶内逐渐析出片状η相;当时效温度达到740℃时,晶界析出大量大尺寸片状η相.同时,γ′相的数量随着η相的析出而减少,η相的析出是以牺牲γ′相为代价的.因此,时效处理的保温温度应低于740℃.显微硬度测试结果表明,时效处理后的焊件硬度得到了显著提升.     

Cu质量分数对Al-1.0Mg-1.0Si-0.6Mn合金显微组织和性能的影响

利用硬度测试、室温拉伸实验、晶间腐蚀实验、电化学腐蚀实验、SEM和TEM等方法,研究Cu质量分数对Al-1.0Mg-1.0Si-0.6Mn合金显微组织与性能的影响。研究结果表明:随着Al-1.0Mg-1.0Si-0.6Mn合金中Cu质量分数由0.01%逐渐增加至1.12%,其达到峰值时效所需时间逐渐减少,且峰值时效(T6态)硬度明显增加;随着Cu质量分数的增加,峰时效状态合金的抗拉强度由357.7 MPa逐渐增加至452.2 MPa,抗拉强度提升94.5 MPa,这是因为随着Cu质量分数增加,晶内析出相数量逐渐增多且尺寸逐渐减小,使得沉淀强化效果逐渐增强;Cu质量分数增加使粗大相AlFeMnSi的数量逐渐增加,腐蚀电流密度显著增大,合金的断后伸长率和抗晶间腐蚀性能呈下降趋势。     

挤压及T5处理对Mg-Zn-Zr-Cu-Ca镁合金组织性能的影响

对新型Mg-6Zn-0.6Zr-0.5Cu-0.5Ca铸造镁合金进行挤压形变,研究了挤压及T5时效处理对合金组织性能的影响.采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、维氏显微硬度计、电化学工作站表征分析了合金的组织形貌、物相组成、显微硬度及腐蚀速率.结果表明:热挤压使铸态镁合金发生了动态再结晶,晶粒破碎,析出相明显细化并呈弥散分布,主要物相为α-Mg、Mg Zn2、Mg Zn Cu、以及Mg2Ca相.T5时效处理使挤压态镁合金发生静态再结晶,随着时效时间的延长,析出相先细化后长大,当时效时间为12 h时组织最为致密均匀.铸态和原始挤压态试样的显微硬度值分别为72.94 HV0.1和76.4 HV0.1,随着T5时效处理的进行,合金显微硬度值呈先增后减的趋势,当时效时间为12 h时达到峰值(80.53 HV0.1).电化学测试结果表明,T5时效处理可有效降低镁合金的腐蚀速率,从而提高其耐蚀性.     

超高强度硼钢38MnB5的热冲压工艺研究

利用扫描电镜(SEM)、光学显微镜、万能拉伸试验机对2.2 mm厚的38Mn B5钢在不同加热温度和不同保温时间工艺参数下,对微观组织、原始奥氏体晶粒粒径和力学性能进行研究,制定出最佳的热冲压工艺参数。研究结果表明:当保温时间一定时,随着加热温度的升高试样抗拉强度逐渐增强,在950℃时达到峰值,随着温度继续升高,抗拉强度降低;当加热温度一定时,随着保温时间的加长,原始奥氏体晶粒不断长大,试样抗拉强度随时间增加而增加,在10 min时达到峰值,保温时间继续加长,抗拉强度降低;38Mn B5钢在加热温度为950℃和保温时间为10 min的工艺参数下,得到最佳力学性能。抗拉强度达到2 061 MPa,屈服强度达到1 421 MPa,断后伸长率为7%。     

铸造锰白铜合金的时效强化

以淬火态锰白铜合金为参考材料，研究对铸态锰白铜合金直接进行时效处理的可行性。制备成分为Cu20Ni20Mn的合金试样，选取不同的时效温度和时效时间，对铸态锰白铜合金直接进行时效处理，研究不同的时效工艺对锰白铜合金的强化效果。使用SEM、X—ray等观察试样的组织与结构，分析时效强化机理。试验结果表明：锰白铜合金在铸态下可以直接进行时效处理；在最佳时效工艺（时效温度400℃～470℃，时效时间为60～72h）条件下，硬度可达到HV400以上；并且发现MnNi相的析出是合金时效强化的主要原因。     

气体渗氮及后续回火工艺对2Cr13钢渗氮层的影响

利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、维氏显微硬度计、摩擦实验机、弯曲实验和浸泡腐蚀实验探究了气体渗氮工艺对2Cr13钢渗氮层的微观组织结构和性能的影响.结果表明:随渗氮温度、时间的增加,渗氮层的总厚度增加,但是表面疏松层也增加.500℃渗氮的扩散层组织主要由含有大量位错及位错胞的马氏体和高密度的纳米CrN析出相组成;纳米CrN析出相弥散分布在晶内和位错胞的界面上,位错胞界面上的CrN颗粒数量多且尺寸略大;板条马氏体晶界析出了ε-Fe_(2-3)N或者(Cr,Fe)2N析出相.当渗氮温度升高至550℃时,马氏体本身发生了回复,CrN以薄片形式析出,使扩散层组织呈现为由α-Fe和CrN组成的片状珠光体形态.2Cr13钢气体渗氮表面硬度随渗氮温度的升高先升高后下降,在500℃达到峰值硬度(1 274 HV0.5).450℃和500℃渗氮扩散层的硬度可高达1 300HV0.1以上,但是随渗氮温度进一步升高而明显降低.500℃/5h气体渗氮可同时提高2Cr13钢的耐磨性和抗腐蚀性,但是其弯曲韧性降低.500℃渗氮的2Cr13钢试样,不管是水冷还是空冷,或者再进行420℃回火2h处理,其扩散层组织均没有大的改变,因此其硬度没有明显变化,均维持在1 000HV0.1以上.     

钛微合金化热轧双相钢的工艺研究

通过模拟实验研究了钛微合金化热轧双相钢的连续冷却转变曲线及终轧温度对组织的影响规律,获得了可行的工艺窗口,并进行了验证性热轧实验.在冷却速率小于5℃·s-1及温度在625~725℃时,实验钢可以形成先共析铁素体.随着终轧温度升高,组织中铁素体及马氏体含量先升高后降低,但幅度不大.同时,当终轧温度较高时,铁素体显微硬度增加,析出强化作用增加.当终轧温度及缓冷温度分别为840℃及700℃时,获得了抗拉强度为672 MPa及屈强比为0.61的性能良好的热轧双相钢.经计算,铁素体组织中析出强化量为78.5 MPa.     

一种活塞环用钴基高温合金的热处理研究

本文研究了不同热处理时效温度和时效时间对一种活塞环用钴基高温合金的抗拉强度、延伸率、硬度及组织的影响。结果表明：随着时效温度的升高,合金的强度和塑性都逐渐增加,在600℃时效合金的抗拉强度达到最大值969.5MPa;合金的硬度则先增大后减小,在650℃时效硬度达到最大值HRC42.8,但此时合金发生明显脆化;随着时效时间的延长,合金的硬度逐渐提高,当时效时间超过120min后,合金的硬度趋于稳定。     

核反应堆压力容器模拟钢中富Cu纳米团簇析出早期阶段的研究

采用调质处理后热时效模拟方法,用原子探针层析成像技术研究了核反应堆压力容器模拟钢中富铜纳米团簇的析出过程.模拟钢经880℃加热水淬,660℃高温回火调质处理,并经400℃时效处理1000 h后基体中析出了富铜纳米团簇.使用MSEM(maximum separation envelope method)方法重点研究了富铜纳米团簇在析出早期阶段成分变化规律.结果表明,富铜纳米团簇容易在镍含量较高的位置形核,并随着富铜纳米团簇中铜原子聚集程度的增加,纳米团簇中心处铜含量逐渐增加,镍含量逐渐减少;在纳米团簇与α--Fe基体界面处,镍和锰含量逐渐增加,形成了富镍和富锰包裹富铜纳米团簇的结构.结合实验结果讨论了压力容器钢中合金元素镍及杂质元素磷会增加中子辐照脆化敏感性的原因.     

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.     

镁元素对挤压高铝锌合金的组织与性能的影响

研究了镁元素对挤压高铝锌合金的组织和力学性能的影响,结果表明：与未加镁的合金相比,加入0.015%Mg,合金挤压态的抗拉强度从366 MPa提高到467 MPa、布氏硬度从HB91提高到HB114,伸长率从43.6%降低到27%;在320 ℃×2 h固溶处理水淬室温自然时效状态下,合金的抗拉强度从389 MPa提高到488 MPa,布氏硬度从HB107提高到HB139,伸长率从41%降低到28.3%;镁元素影响过饱和β相转变和分解产物形态,能阻碍合金的共析分解和室温时效脱溶析出。     

10Cr21Mn16NiN高锰氮奥氏体不锈钢组织与性能研究

研究了固溶处理温度对热轧态10Cr21Mn16NiN高锰氮奥氏体不锈钢微观组织、力学性能和腐蚀性能的影响,并进一步揭示了该材料的低温韧脆转变行为。结果表明,随着固溶温度的升高,屈服强度和抗拉强度逐渐降低,而延伸率和耐腐蚀性能逐渐增大。这是因为高温固溶促进了热轧阶段形成的有害相重新溶解,从而消除析出相对性能带来的不利影响。10Cr21Mn16NiN钢在低温冲击载荷下表现出明显的韧脆转变行为,韧脆转变温度在-110℃附近,高于-110℃可以获得强度与韧性的良好配合。     

ZTM630镁合金双级时效实验研究

通过改变Mg-6Zn-3Sn-0.5Mn合金终时效时间,利用金相显微镜、扫描显微镜、透射电子显微镜观察挤压态ZTM630合金在双级时效后的微观组织特征。结果表明,该合金比较适宜的双级时效参数为90 ℃×12 h+180 ℃×8 h,在该参数下合金的抗拉强度、伸长率分别为383.1 MPa、7.667%。双级时效之后,在基体与晶界处都有弥散细小的析出相析出,主要为Mg2Sn、MgZn2相化合物。在拉伸过程中弥散细小析出相的析出强化作用和阻碍晶粒移动产生的强化作用,使得合金的力学性能更优。     

挤压锻温度对固态再生H11钢组织和性能的影响

以回收的H11钢车削屑获得的粉末为原料, 利用粉末压坯和挤压锻工艺制备样品, 并结合拉伸实验、硬度测试、XRD,SEM,TEM等分析手段, 研究了1100~1220℃不同挤压锻温度对固态再生H11钢组织结构和力学性能的影响. 结果表明:样品固结效果良好;挤压锻温度为1220℃时, 材料密度可达95.8 %;挤压锻温度达到1140℃后,基体中析出Fe₇C₃相; 随着挤压锻温度从1100℃升高至1220℃, 沿挤压方向的硬度从2.5GPa增加至4.4GPa, 抗拉强度从451MPa增加至808MPa, 但延伸率从3.1 %降低至0.7 %.     

固溶制度对Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti合金挤压材组织性能的影响

通过金相组织分析、扫描电子显微镜分析、X射线衍射、硬度、电导率、室温拉伸性能、断后伸长率和抗晶间腐蚀等微观组织观察及性能表征,研究了四种不同固溶制度对Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti合金微观组织和性能的影响。结果表明：随着固溶温度的升高,合金中的晶粒逐渐变大;当固溶温度低于520℃时,合金中的未溶相的数量和尺寸随着固溶温度的升高而减小;当固溶制度为510℃×2 h+520℃×2 h时,合金中的未溶相开始增多,合金出现轻微过烧,断后伸长率及抗晶间腐蚀性能变差,但抗拉强度最高,达到了490.14 MPa。合金的位错强度和位错贡献值随着固溶温度的升高而减小,合金中的强化效果主要来源于固溶强化和时效析出强化。合金在T6状态下,(490℃×2 h+500℃×2 h)和(500℃×2 h+510℃×2 h)两种不同固溶制度下的抗拉强度和断后伸长率等力学性能和抗晶间腐蚀性能都较优,这两种固溶制度均是适合Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti合金的固溶制度。