临界退火结合回火处理Fe_(69.4)Mn_(10)Co_(10)Cr_(10)N_(0.6)多主元合金的组织与性能

采用接近Ac3温度的临界退火及不同温度的低温回火处理制备一系列Fe_(69.4)Mn_(10)Co_(10)Cr_(10)N_(0.6)多主元合金。研究结果表明:经临界退火的合金由均匀分布的亚微米级超细铁素体和奥氏体晶粒以及奥氏体晶粒中的淬火马氏体板条组成。临界退火合金经不同温度的回火处理后,铁素体和奥氏体晶粒尺寸显著增加到微米级,合金的室温屈服强度和抗拉强度同时增加,塑性基本维持不变。这归因于:一方面,在回火过程中,Mn和N元素的配分增加了合金中奥氏体的稳定性;另一方面,回火后软区铁素体和硬区马氏体之间的异质界面增多,使得材料在拉伸变形过程中具有更显著的异质形变诱导强化和硬化效应。其中,经300℃回火处理合金的屈服和抗拉强度分别达到690 MPa和1400 MPa左右,同时保持了17%的均匀伸长率和26%的断裂伸长率。

核结构材料用多主元合金辐照损伤的研究进展

开发具有优异综合性能的核反应堆结构材料是核能发展的基础,并且是长期以来制约核能推广的难点之一。多主元合金(multiprincipal element alloys,MEAs)因具有良好的抗辐照性能、力学性能而被认为是先进反应堆结构材料的候选材料,为新型抗辐照材料的设计开辟了广阔空间。近年来,有关多主元合金在辐照损伤方面的研究多试图揭示多主元合金一些因素和特性对辐照过程中缺陷形成与演变的影响。例如:主元种类和数目、主元浓度、晶格畸变、化学短程序等。尽管现有的一些研究结果表明以上因素可以提高多主元合金抗辐照损伤能力,但是在不同辐照条件下,以上因素对多主元合金中缺陷形成和演变的影响机制存在较大差异,难以得出普适性的结论。本文围绕FCC和BCC系两类多主元合金的辐照肿胀、氦泡形成、辐照诱导元素偏析和相变、辐照硬化四方面内容,综述了近年来多主元合金在辐照损伤方面的研究进展,总结了多主元合金提高抗辐照性能的作用机制,并在此基础上对核电结构用多主元合金的未来研究方向做出了展望,包括短程序调控、高熵陶瓷、增材制造、高通量结合机器学习加速材料开发等。最后指出必须从合金成分设计的角度出发,基于材料服役的实际环境来设计新型抗辐照多主元合金。

氧含量及晶粒尺寸对Ti-Zr二元合金拉伸屈服行为的影响

对不同氧含量的温轧态Ti-Zr二元合金进行不同温度的退火及二次时效处理,发现氧含量与晶粒尺寸影响Ti-Zr合金表现出的拉伸屈服行为。通过拉伸试验、金相分析、透射电镜观察及应变时效和EDS元素分布研究了不同锆、氧含量钛合金的屈服延伸与微观组织的联系。研究结果表明:Ti-12Zr-0.25O合金在晶粒尺度处于1~15μm区间时,表现出典型的屈服延伸现象,随着晶粒尺寸增大,屈服延伸逐渐减弱;氧含量从0.1wt%增加至0.3wt%,Ti-12Zr合金表现出最大的上下屈服点应力差值及最大屈服点延伸率,分别为47MPa,5.2%;仅当锆、氧原子共同存在时,屈服延伸得到明显增强,以Ti-12Zr-0.25O尤甚。

双相多主元合金热机械处理的进展

双相多主元合金作为一种新型金属结构材料,一经提出便受到广泛关注和研究。作为金属材料,热机械处理是调控其微观组织,提升综合力学性能的重要方法。本文综述了国内外有关双相多主元合金热机械处理的研究现状,从轧制工艺、时效参数、多级处理等方面讨论了热机械处理对双相多主元合金微观组织的调控作用,进而总结了热机械处理对其力学性能的影响,以期对双相多主元合金的热机械处理研究提供参考。

Ti-V-Ta多主元合金辐照位错环形成的级联重叠模拟

针对Ti-V-Ta多主元合金中辐照位错环的形成行为,采用分子动力学方法开展了级联重叠模拟,分析讨论了辐照位错环形成的级联重叠机制.研究发现,在Ti-V-Ta多主元合金中,与缺陷团簇的级联重叠可以直接产生不同类型的位错结构,级联重叠后的缺陷构型由PKA能量和预置缺陷团簇的类型和尺寸决定.相比于单次级联碰撞,级联重叠可以提高<100>取向位错环的形成概率.与空位团簇的级联重叠是形成<100>空位位错环的重要机制,而空位团簇的尺寸是形成<100>空位位错环的决定因素,当PKA能量足以溶解缺陷团簇时,更容易形成<100>空位位错环.与间隙团簇的级联重叠是形成<100>间隙位错环的一种可能机制,但发生概率较小.本研究有助于理解Ti-V-Ta多主元合金中辐照缺陷的形成和演化行为,促进材料抗辐照性能的评价,并为难熔高熵合金的成分设计和优化提供理论支持.

高温下多主元合金的动态变形行为与本构建模

为加速多主元合金在航空工业领域的应用,将航空发动机经常面临的高温高应变率耦合环境作为实验条件,在5种温度下开展了CoCrFeNiMn多主元合金的动态压缩实验和变形后试样的塑性变形机理微观表征。结果表明:在1273 K的高温环境中,多主元合金的动态屈服强度可达200 MPa,表现出较好的耐高温性能;随着动态塑性应变的增加,材料内部出现了晶粒粗化的现象,并且在晶界处具有更高的亚结构孕育能力。此外,量化了不同环境温度下动态塑性变形过程中绝热温升的变化规律,指出了现有动态本构关系对CoCrFeNiMn多主元合金在宽温度域内动态应力-应变关系预测能力的不足。最后,通过解耦分析初始屈服与塑性流动阶段的温度效应,建立了一个指数形式的唯象动态本构方程。该本构方程可用于预测冲击载荷作用下宽温度域内多主元合金的屈服强度和塑性流动规律。

基于分子动力学模拟的多主元合金滑动摩擦学行为研究

随着高性能多主元合金被相继开发并在摩擦学领域的应用迅速扩展,研究并揭示多主元合金的摩擦学行为至关重要。采用分子动力学模拟,构建多主元合金原子尺度滑动摩擦模型,研究FeCoCrNiCu(M1)、FeCoCrNi(M2)、FeNiCr(M3)3种多主元合金的表面形貌、磨损原子、摩擦力、位错及应力的演变。结果表明:M2合金在相同的划痕深度下表面变形最小、磨损粒子数最少、法向力最大,这是由于Co元素的加入使得合金的硬度增强;M1合金展现出更剧烈的塑性变形以及更复杂的位错变形,这是由于Cu元素的加入降低了合金的硬度;M1和M2合金中产生了棱柱位错环,M3合金中却没有观察到,这是由于M3合金的堆垛层错能较低难以形成棱柱位错环。研究结果对多主元合金的开发和应用提供了参考。

一种超高强韧性富Fe多主元合金组织性能研究

研究了富Fe的多主元合金(高熵钢)的组织性能,发现Fe40Ni30Co10Cr8Al5Ti7合金通过冷轧及时效热处理后,在室温下可获得优异的拉伸性能,屈服强度达到1750MPa,伸长率达到11%。观察得知,冷轧及时效处理态微观组织由面心立方基体的异质结构和共格析出的L12结构有序强化相组成。通过观察分析,该合金通过细晶体强化、位错强化,以及有序相沉淀强化的综合作用,可获得优异的力学性能,而在形变过程中高密度层错产生的应变强化,使合金获得优异的塑性,凸显了L12结构有序强化相对于Fe的多主元合金(高熵钢)产生的强韧化作用。

TiVTa系低活化多主元合金的微观结构及相稳定性

制约可控核聚变堆商业化运用的关键问题之一是面向等离子体材料(plasma facing materials,PFMs),难熔多主元合金因其高温高强度、高熔点及良好的耐辐照性有望满足PFMs的需求。本工作设计并采用电弧熔炼制备了(TiVTa)_(95)X_(5)(X=Cr,Zr,W)低活化多主元合金,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能量色散X射线谱仪(EDS)研究了Cr,Zr和W的添加对铸态、匀质TiVTa系合金的微观结构及900℃下相稳定性的影响。结果表明,铸态合金均为具有体心立方(BCC)结构的简单固溶体,经1200℃匀质化处理后(TiVTa)_(95)Cr_(5)合金发生相分解,基体内出现少量C15_Laves第二相。900℃下TiVTa系合金相稳定性不佳,均分解为一个BCC主相和沿晶界分布的C15_Laves第二相,TiVTa和(TiVTa)95 W 5合金中第二相体积分数较小,Cr,Zr的添加加剧相分解。经相结构及元素分析发现,(TiVTa)_(95)X_(5)(X=Cr,Zr,W)合金中析出的C15_Laves相晶格常数及元素组成均与二元合金体系中可能存在的Laves相不一致,差异主要来源于Laves相的元素组成。

Cu40Ni30Fe20Sn5Ti5多主元合金/金刚石复合材料界面反应行为

采用放电等离子烧结方法制备Cu40Ni30Fe20Sn5Ti5多主元合金/金刚石复合材料,通过热力学计算和实验研究黏结相和金刚石的界面反应,分析界面反应对复合材料力学性能及磨损性能的影响。研究结果表明:烧结过程中,多主元合金黏结相中的Ti元素与金刚石在界面处发生了化学反应,生成TiC,且TiC层的厚度随着烧结温度和压力的升高而增加。在950℃烧结的复合材料中,TiC层较厚且致密,黏结相与金刚石界面结合良好,材料的硬度和横向断裂强度最高,此外,金刚石出露良好,能发挥较好的磨损作用,耐磨损性能也最好。当烧结温度高于950℃时,金刚石受到热损伤导致石墨化程度增加,多主元合金黏结相和金刚石的界面结合强度减弱,复合材料的横向断裂强度和磨损性能均降低。因此,适当的界面反应可提升金刚石复合材料的服役性能。

硬质颗粒对等离子熔覆碳化钨/多主元合金复合硬面涂层组织与耐磨性能的影响

采用等离子熔覆技术制备分别以铸造WC颗粒和烧结WC-Co球粒为硬质颗粒、以多主元合金为黏结相的2种硬面复合涂层,采用X射线衍射仪、扫描电镜、摩擦实验等手段,研究不同硬质颗粒对硬面复合涂层组织和耐磨性能的影响。结果表明:FeCrNi/WC-Co复合涂层中M6C的体积分数为20.1%,低于FeCrNi/WC复合涂层中M6C的体积分数(28.4%)。烧结WC-Co颗粒的热力学稳定性高,其WC的溶解程度低于铸造WC颗粒,可有效减少脆性M6C碳化物的析出。FeCrNi/WC-Co复合涂层的耐磨性能优于FeCrNi/WC涂层。FeCrNi/WC-Co涂层中较少的M6C相可避免涂层因脆性断裂而过早剥落,保证硬质相颗粒的完整性,提升硬面涂层的耐磨性能。

BCC基Fe_(3.5)Cr_(1.5)NiAl_(0.8)多组元合金的显微组织稳定性与力学性能

研究温度对新型体心立方(BCC)基Fe_(3.5)Cr_(1.5)NiAl_(0.8)多组元合金(MCA)中有序椭圆状B2-NiAl纳米析出相的显微组织稳定性和力学性能的影响。采用XRD、EBSD、EPMA和TEM等检测方法对该多组元合金的显微组织和物相组成进行表征。结果表明,所设计的高含量椭圆状B2纳米析出相与BCC基体完全共格且能在1073 K高温下保持稳定,平均粒径为245.509~251.328 nm。铸态和热处理态(873 K≤T≤1073 K)合金具有独特的共格结构,这是由于低错配度的共格析出强化机制可使合金具有较高的屈服强度(809.2~1164.1 MPa)。随着热处理温度的进一步提高(1173 K≤T≤1273 K),B2纳米析出相的平均粒径逐渐粗化,载荷传递强化机制对其屈服强度提高起主要作用。

多主元合金过冷快速凝固研究进展

颠覆传统合金设计理念的多主元合金由于其优异的强塑性匹配、耐腐蚀、耐辐照、耐磨损等性能受到了极大的关注,为开发具有特殊性能的新型金属材料提供了广阔思路。金属材料凝固过程的主动控制及其组织调控是保证和优化合金性能的重要一环,而过冷快速凝固是明晰合金生长动力学行为与组织转变机制、发展合金凝固控制理论的有效手段。本文主要论述了目前过冷多主元合金的枝晶生长动力学、非平衡凝固组织与其性能关联性的研究进展,并在此基础上对多主元合金过冷快速凝固的未来研究方向和挑战进行了展望。

氮含量对Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜的影响

目的探究氮含量对MoTaW多主元合金薄膜的微观组织和力学性能的影响,并提高Mo-Ta-W多主元合金薄膜的力学性能。方法采用反应多靶磁控溅射技术在单晶硅片上制备出了具有不同氮含量的Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜,通过X射线光电子能谱仪、掠入射角X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜对薄膜的成分、组织结构、表面及截面微观形貌、厚度和粗糙度进行了表征分析,并采用纳米压痕仪对薄膜的硬度和弹性模量进行了测试。结果Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜中的氮含量随着溅射过程中氮气流量的增加而增加,当氮气流量达到50%时,薄膜中的氮含量升至49%,而钽含量则随之降低至12%。形成氮化物后,Mo-Ta-W多主元薄膜由BCC结构转变成了单相FCC固溶体结构,表面由层片状结构转变为花椰菜状团簇结构,随着氮含量的增加,表面的粗糙度先降低后升高,厚度则不断降低。与Mo-Ta-W多主元合金薄膜相比,Mo-Ta-W多主元合金氮化物薄膜的力学性能有所提高,但随着氮含量的增加而下降,当氮气流量为10%时,Mo-Ta-W-N多主元合金氮化物薄膜的硬度和弹性模量分别为34.3 GPa和327.5 GPa。结论氮化物的形成对Mo-Ta-W多主元合金薄膜的相结构、表面形貌等有影响,可有效提高薄膜的力学性能。

P含量对Cu-P-Sn-Ag四元合金钎料组织及力学性能的影响

Cu-P-Sn-Ag四元合金钎料在工业生产过程中易出现丝材脆性断裂现象,严重影响产品质量,为了改善其力学性能,制备了不同P含量的Cu-P-Sn-Ag四元合金铸锭及钎料,系统研究了P含量对钎料微观组织、硬度、抗拉强度及延伸率的影响。结果表明,当P含量为5.0%~5.2%时,合金中脆性相Cu 3P组织均为细小短棒状,晶粒尺寸小于5μm。当P含量为5.4%~6.0%时,合金中部分Cu 3P组织逐渐转变为粗大鱼骨状,晶粒尺寸大于30μm。当P含量为5.2%~5.4%时,随着P含量的增大,钎料硬度显著增大,从247.7 HV增大到260.4 HV;其抗拉强度和延伸率显著降低,分别从844.38 MPa和3.60%降低到815.08 MPa和3.07%。P含量与微观组织的演变关系被认为是影响钎料力学性能的主要原因。

Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系中fcc相扩散迁移率参数的优化与计算

利用DICTRA(diffusion controlled transformation)软件分别优化了Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系中fcc相扩散迁移率参数与温度的函数关系,计算结果和实验数据取得了良好的一致性.基于所优化的参数计算了扩散偶的浓度曲线,计算结果与实验结果比较可知,本研究所优化的扩散迁移率参数具有良好的准确性与有效性.该研究为Cu-Pt和Pd-Pt二元合金系的动力学研究提供了基础数据.

铸态Mg-Sn二元合金的显微组织与力学性能

通过光学显微金相定量分析、SEM扫描电镜及EDX分析、XRD分析以及抗拉强度、显微硬度测试等实验手段,研究添加量0～10%（wt）Sn的铸态Mg-Sn二元合金的显微组织与力学性能.实验结果表明,显微硬度随Sn的增加而增加,Mg2Sn的第二相强化是主要原因.Sn≤5%（wt）时,合金的抗拉强度和伸长率随Sn的增加而增加,Sn的细晶强化起到了主要作用.Mg-10%Sn的抗拉强度、特别是伸长率降低,细晶强化作用消失和脆性的Mg2Sn颗粒数量增多是主要原因.

Bi-Pb-Sn-Cd四元合金纳米微粒的制备及其摩擦磨损性能研究

通过直接对Bi-Pb-Sn-Cd四元块状合金进行超声分散制备了相应的四元合金纳米微粒;采用X射线衍射仪和热分析仪分析所制备的纳米微粒结构;采用透射电子显微镜考察了纳米颗粒的形貌及尺寸分布;采用四球摩擦磨损试验机考察了纳米颗粒的摩擦学性能.结果表明,所制备的纳米颗粒为低熔点共晶合金纳米微粒,颗粒平均尺寸在10～20nm之间,其作为润滑油添加剂表现出良好的摩擦学性能.

Mg-Al二元合金组织和性能的研究

研究了不同Al含量(1%￣9%Al)对Mg-Al二元合金组织和性能的影响。试验结果表明:当Al含量低于5%时,随着Al含量的增加,Mg-Al二元合金的晶粒显著细化,从3097μm降到151μm,进一步添加至9%Al时,晶粒缓慢降到111μm,同时α-Mg树枝晶的二次枝晶臂也得到细化。增加Al含量时,可以显著降低Mg-Al二元合金的热裂倾向,提高α-Mg基体的显微硬度。

含银铅锑多元合金真空蒸馏富集银锑的研究

采用含银铅锑多元合金为原料，对其真空蒸馏法富集Ag、Sb的可行性和工艺进行探讨，考察蒸馏温度、恒温时间对合金中各组分的挥发行为影响，理论和实验均证实了该方法可行。试验结果表明：系统压力5-25Pa，Ag，sb的挥发随着温度的增加和恒温时间的延长而加剧，蒸馏温度为1223K，恒温时间30-120min时，Ag的富集率均大于99．28％，Sb的挥发率为89．7％-92．8％；x射线衍射仪研究表明残留物中形成化合物A幻Sb，Cu2Sb，culosb3，导致Sb不能彻底挥发；蒸馏过程中，系统压力随着恒温时间的延长而下降，且蒸馏温度越高下降越明显。