第二相成分改性硬质合金的研究进展

系统地论述了第二相成分改性硬质合金的研究进展,介绍了在碳化钨(WC)基硬质合金中添加第二相元素或化合物成分改性硬质合金的作用机理、改性剂种类及力学性能,并分析总结了掺杂第二相对硬质合金力学性能的提升机制。不同种类和含量的添加剂成分改性硬质合金作用效果不同,分类对比了不同添加剂和制备方法对硬质合金力学性能的影响,结果表明硬质合金的综合力学性能主要与晶粒细化程度和显微界面结构有关,添加的第二相能够与WC基体形成一定的配位结构,有效抑制WC晶粒生长,从而使合金性能获得提升。最后总结了当前第二相成分改性硬质合金的发展瓶颈和仍待解决的问题。

第二相增强铁基非晶复合涂层耐磨性能研究

目的改善涂层的耐磨性能。方法挑选球状碳化钨粉末、块状金属钨粉、类球形氧化铝粉末、片状氧化铝粉末、氮化硅晶须、片状硫化钼粉末以及块状氮化钛粉末作为增强相,制备出铁基非晶复合涂层,分析涂层的组织与显微结构,表征非晶相与第二相之间的界面结合,并对不同涂层的耐磨性能进行测试,讨论第二相性质对复合涂层性能产生的影响。结果涂层的摩擦因数主要与表面氧化程度有关,低负载下W、WC以及球状Al_(2)O_(3)颗粒相能够减少涂层表面非晶的晶化,摩擦因数均低于0.3;高负载下非晶涂层的摩擦因数主要受涂层表面硬质相上粉率的影响,提高硬质相的上粉率能有效改善涂层的耐磨性能,上粉率较高的W、球状Al_(2)O_(3)以及WC 3种涂层最终的摩擦因数分别为0.41、0.44以及0.45,其余硬质相占比较低的涂层均在0.48左右。结论涂层磨损主要分为3个阶段:初期的磨合阶段、中期的稳定磨损阶段,以及涂层由于摩擦过程的热量积累出现氧化,当氧化积累到一定程度后就进入后期的剧烈磨损阶段,涂层表面的氧化脱落与新相生成的速度达到平衡,摩擦因数逐渐稳定不再变化。

锆合金压力电阻焊接头热影响区中第二相的组织特征

采用热模拟试验机分别对Zr-4合金管和锆锡铌(Zr-Sn-Nb)系锆合金管与Zr-4合金柱进行压力电阻焊连接,研究了接头热影响区的第二相形貌、成分和晶体结构,并与母材进行对比。结果表明:在压力电阻焊的热力耦合作用下,Zr-4合金接头热影响区近熔合线区的第二相粒子发生完全溶解,近母材区的密排六方结构Zr(Fe,Cr)_(2)Laves第二相颗粒的数量相比母材显著减少,平均直径增大。Zr-Sn-Nb系合金接头热影响区近熔合线区的第二相颗粒数量很少,以直径小于50nm的体心立方结构β-Nb相为主,近母材区的第二相颗粒数量介于母材与热影响区近熔合线区之间,由细小的体心立方结构β-Nb相以及粗大的面心立方结构(Zr,Nb)Fe_(2)相组成。

回火温度对15Cr5MoVRE油井管钢组织及第二相析出行为影响

研究了回火温度对15Cr5MoVRE油井管钢组织和第二相析出行为规律的影响。利用箱式热处理炉对试验钢进行了热处理,采用光学显微镜和透射电镜对回火后的组织及第二相进行了观察分析,采用硬度计与拉力试验机对试验钢回火后的力学性能进行了测试。结果表明,15Cr5MoVRE油井管钢,经900℃保温50 min水淬,670~710℃回火保温90 min,组织为回火屈氏体和回火索氏体,析出的第二相碳化物类型均为M_(7)C_(3)型和M_(23)C_(6)型。随着回火温度的升高,第二相碳化物颗粒数量明显增多,尺寸逐渐增大,且在710℃回火时发生团聚。回火温度为690℃时,铁素体基体上有大量细小的第二相碳化物均匀析出,力学性能最优,试验钢的最佳回火温度应为690℃。

第二相体积分数对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能的影响

采用万能拉伸试验机、SEM、EDS及XRD对固溶处理后的Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金力学性能、第二相形态、化学成分进行了分析,并利用Image-Pro-Plus软件对第二相体积分数进行了统计。结果表明:固溶处理后,合金中仍有大量不同形态、成分的第二相,主要是灰色块状LPSO相、灰色棒状LPSO相和白色点状富稀土相。随着固溶时间的增加,Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的抗拉强度与伸长率表现出先降低后升高的变化规律。在510℃固溶16 h,合金的抗拉强度与伸长率达到最小值,分别为196.77 MPa、3.8%。510℃固溶10~16 h,LPSO相体积分数不变,富稀土相体积分数增加,富稀土相质地较脆,受力时容易破碎,成为裂纹萌发和扩展的源头,使合金抗拉强度、伸长率均降低。510℃固溶16~19 h,富稀土相体积分数减少,合金的力学性能增加。

均匀化对Al-Zn-Mg-Cu合金第二相与晶粒尺寸的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)表征,研究了均匀化过程中Al-Zn-Mg-Cu合金的微观组织演变。结果表明,铸态合金晶界中存在大量难溶相Al7Cu2Fe及非平衡共晶相Mg(Zn,Cu,Al)2、Al2CuMg相,在经过420℃/8 h的单级均匀化处理后,部分难溶相和非平衡共晶相回溶到基体中,但还存在大量枝晶偏析,继续进行470℃/36 h第二级均匀化后,非平衡共晶组织和枝晶偏析完全消除。合金的平均晶粒尺寸在两个阶段的均匀化中呈现随时间延长而增加的趋势,基体中残留相及共晶组织的面积分数随保温时长增加而减小,第二级均匀化达到36 h时,相面积分数仅为0.34%,表明均匀化已经非常充分。经过均匀化动力学分析,得出在第二级均匀化温度为470℃时,第二相充分回溶所需保温时间约为37 h,与均匀化的实验结果吻合。

基于第一性原理的5083铝合金第二相理化性质研究

为揭示5083合金第二相对合金性能影响机理,本文采用相图计算的方式,研究了5083合金中潜在的第二相种类及数量,并在此基础上,通过量子力学计算的方法,系统探究了合金中潜在各相的弹性常数以及与α-Al基体间费米能差值等理化性质。研究结果表明合金中潜在第二相主要有β-Al3Mg2、Al6Mn、T-AlCuMgZn、E-AlCrMgMn、Mg2Si、Al3M_Do22及Al3Fe,其体模量从大到小排布顺序为Al3Ti、Al6Mn、Al3Fe、E-AlCrMgMn、T-AlCuMgZn、Mg2Si及β-Al3Mg2,剪切模量亦类同,除Mg2Si与β-Al3Mg2互换位置。合金中与α-Al基体腐蚀电位差异大小排布顺序为Mg2Si、Al3Fe、Al6Mn、T-AlCuMgZn、E-AlCrMgMn、β-Al3Mg2以及Al3Ti,各相与α-Al基体间形成微腐蚀电池能力依次减弱。

退火工艺对电池壳用钢XDCK第二相粒子影响的研究

为了研究退火工艺对电池壳用钢XDCK第二相粒子的影响,在连续退火条件下对XDCK进行模拟试验和工业试验。采用连续退火模拟试验机模拟连续退火生产工艺,对不同退火温度和退火保温时间试样中第二相粒子的尺寸、数量和分布情况进行研究。结果表明电池壳用钢XDCK中第二相粒子为TiC,随着退火温度的升高和保温时间的延长,第二相粒子尺寸逐渐增大。

低碳钢中高密度超细纳米第二相粒子的快速获取

一般熔炼过程中,非金属化合物以夹杂物的形式存在,对钢的力学性能和寿命都会有损害.当夹杂物尺寸小到纳米量级,从而在钢中形成高密度分布的纳米第二相颗粒却能够有效同时提升钢的强度和韧性.本文通过在熔炼过程中施加动态磁场,制备了Fe–0.04C–1.5Mn–0.5Ti–0.5Al_(2)O_(3)(Fe–TAMO)钢,然后通过轧制和退火处理实现对Fe–TAMO钢的晶粒尺寸优化和等轴化.透射电镜观察发现铸态组织中弥散分布着纳米第二相粒子,密度为3.3×10^(15)m^(-2),颗粒的平均直径为2.75±0.803 nm.通过EDS能谱分析,第二相颗粒为Ti–Al–Mn氧化物.利用万能试验机分别测试了铸态、轧制态以及退火态Fe–TAMO钢的压缩力学性能,铸态Fe–TAMO钢的晶粒尺寸为143μm,抗压屈服强度为150 MPa,约为铸态纯铁素体钢的2倍.经过轧制和退火处理,Fe–TAMO钢的晶粒尺寸减小为64μm,抗压屈服强度为334 MPa.该方法极大简化了工艺流程,实现了在短时间(约3 min)内将超细的纳米第二相粒子均匀分散在钢基体中,密集分布的第二相纳米颗粒有效提高了钢的强度,并且通过后续热处理能进一步提升钢的力学性能,为大批量生产高性能钢提供了一个新思路.

2024-T3铝合金中第二相对阳极氧化膜层组织结构和耐蚀性的影响

[目的]2024-T3铝合金中的第二相会影响其表面阳极氧化膜层的生长,进而影响膜层的组织结构和耐蚀性。[方法]采用环保型苹果酸-硫酸体系对2024-T3铝合金进行阳极氧化处理。通过中性盐雾试验,结合腐蚀前后样品不同区域的微观形貌观察和元素组成分析,研究了基体的第二相对阳极氧化膜层结构和耐蚀性的影响,并探讨了膜层的腐蚀失效机理。[结果]基体第二相对应部位的阳极氧化膜层致密性较差,存在微孔和起皮现象,这些是点腐蚀的主要根源。[结论]本文的研究结果可为航空领域铝合金阳极氧化工艺的改进提供理论依据和实验数据支持。

考虑第二相粒子的晶粒尺寸梯度镍基合金晶体塑性有限元分析

晶粒尺寸梯度结构镍基合金具有优异的强度和延展性,但存在于合金内第二相粒子对这些性能的影响尚不明确。为了阐明第二相粒子对梯度结构镍基合金力学性能的影响,将晶体塑性有限元方法结合Hall–Petch法则通过用户子程序方式嵌入至Abaqus软件中,并对晶粒尺寸梯度结构镍基合金的强度和延展性进行了研究,得到了晶粒尺寸梯度结构镍基合金有限元模型的应力和应变云图。进一步探究了位于表层或芯部的不同颗粒尺寸第二相粒子对该合金宏观力学性能的影响,得到了含第二相粒子的晶粒尺寸梯度结构镍基合金的应力-应变曲线图和应力和应变分布图。结果表明:位于表层1号尺寸第二相粒子的镍基合金表现出较高的强度和较好的延展性,强度为1804.96 MPa,应变为20.49%;位于芯部1号尺寸第二相粒子的镍基合金抗拉强度最大,为1902.34 MPa,但延展性最差,为9.68%。随着第二相粒子尺寸的增大,镍基合金的强度逐渐降低。研究结果有助于理解镍基合金的强塑性,并为合金的设计和应用提供参考。

新锆合金不同热处理条件下第二相结构及成分变化研究

锆合金中的第二相是影响其力学性能和耐腐蚀性能的主要因素,开展国产新锆合金不同温度环境中的第二相研究对事故等特殊工况下的服役性能预测具有非常重要的意义。通过加热锆合金样品至500,700,900℃,并保温1 h,随后采用不同冷却速率进行降温,并用TEM对第二相结构及元素组成进行分析,结果表明:900℃时,样品中第二相结构均为体心正方结构Zr2Fe;500℃和700℃时,样品第二相为密堆六方结构Zr(FeCrNb)2和面心立方结构Zr3Fe。Zr-Nb-Fe-Cr第二相在不同温度析出都是以密堆六方结构的ZrCr2为基本骨架,由Nb,Fe替换Cr得到。第二相中Fe和Cr的原子个数比随着温度的升高而不断增加。冷却速率越快时,Fe来不及充分扩散,将形成少部分面心立方结构Zr3Fe。

时效粗、细晶Super304H钢的第二相析出行为及力学性能

采用预变形后固溶处理的方法制备了粗晶Super304H钢试样,对比研究了粗、细晶Super304H钢试样在700℃时效过程中的第二相析出行为及力学性能。结果表明:时效过程中,细小MX相与富Cu相颗粒主要分布于奥氏体晶内,奥氏体晶粒尺寸对其析出行为影响不大。粗晶Super304H钢中的M23C6相颗粒择优沿奥氏体晶界析出,长大速率大,时效1200 h后,呈连续网络状分布。随着时效时间的延长,粗、细晶Super304H钢试样的室温及高温拉伸强度先上升后下降,最终趋于稳定,断后伸长率单调下降。时效态粗晶Super304H钢试样的室温、高温拉伸力学性能,尤其是塑性,均明显小于时效态细晶Super304H钢试样。

第二相粒子的析出演变及其对锆合金的影响研究进展

锆合金因具有低的热中子吸收截面、优异的抗腐蚀、蠕变及辐照性能,已广泛应用于核燃料组件中。为提高锆合金服役性能,通常加入微量Sn、Nb、Fe、Cr、Cu和Ni等合金元素,其中大部分合金元素在α-Zr中的固溶度较低,经过热机械加工后往往以金属间化合物的形式析出,形成第二相粒子(SPPs)。SPPs对锆合金的组织演化、力学性能等具有重要影响,细小且均匀分布的SPPs能有效提升锆合金的综合性能。本文结合锆合金的加工工艺,综述了国内外关于锆合金SPPs析出演变规律的研究进展,并提出了针对SPPs尺寸和分布的工艺优化方法;梳理了SPPs的类型、尺寸与分布以及晶体学特征,并阐明了SPPs析出后对锆合金塑性变形过程和再结晶行为以及力学性能的影响。最后,总结梳理了锆合金SPPs研究存在的问题及发展趋势,以期对锆合金的加工工艺优化提供参考。

孪晶界第二相析出对AZ80镁合金板材弯曲变形行为的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)研究了室温预置拉伸孪晶后时效处理对AZ80镁合金第二相的析出和弯曲变形行为的影响。结果表明,在180℃时效0.5 h可明显促进第二相粒子在晶界处的析出,增加孪晶界亦可促进第二相的析出。预置孪晶后进行反向拉伸,AZ80镁合金组织发生去孪生行为,组织中孪晶数量减少。由于去孪生行为的产生,拉伸屈服强度降低。将预置孪晶的试样在100℃弯曲变形后,弯曲试样外侧发生拉伸去孪生行为,内侧组织因为压缩载荷的作用孪晶数量增加,中部呈孪晶数量由多变少的过渡现象。第二相粒子增多会抑制去孪生行为的产生。

电场固溶处理对2219铝合金第二相及力学性能的影响

2219铝合金中存在着大量的粗大第二相(Al2Cu)粒子是导致其强韧性偏低的重要因素。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉伸测试等材料测试分析手段研究了电场固溶处理新工艺对2219铝合金第二相及力学性能的影响。结果表明:在固溶处理过程中施加12 kV/cm的电场能提高铜元素的短程扩散速度,促进粗大第二相的溶解。与未施加电场相比,电场固溶处理使合金中的粗大第二相的含量降低,粗大第二相的溶解使铝基体中铜元素含量得以提升,进而使后续时效过程中合金弥散相的析出驱动力得以提高,时效后θ’相更细小致密。经过电场固溶处理后,合金的综合力学性能得到改善,合金的伸长率提升较为显著,从13.3%提升至15.6%。

基于相图计算—相场方法的Cu-Pb-Sn合金中第二相形核与生长

利用扫描电镜(SEM)表征了铸态合金Cu-24Pb-2Sn(mass%)的微观组织及Pb元素分布,结合相图计算-相场协同方法探究了合金凝固过程中第二相液滴形核与生长过程。结果表明:与1373 K浇铸试样相比,1473 K浇铸试样中富Pb第二相平均尺寸更大,最大直径超过100μm。由计算分析可知,在合金凝固过程中,Pb元素在Cu基体中的固溶度不断降低,被排出的Pb元素进入第二相液滴,从而形成富Pb第二相,伴随第二相之间碰撞和凝并,共同导致了富Pb相快速长大并粗化。

低碳钢热轧时第二相粒子析出行为的研究

使用Gleeble-3500热模拟实验机测定了低碳钢的相转变温度和第二相粒子析出最强时的温度,研究了卷取温度对第二相粒子析出的影响。结果表明:在奥氏体向铁素体转变过程中第二相粒子析出量较大;随着卷取温度的降低,微合金元素在钢中的固溶度逐渐下降,析出动力逐渐增加,但降低到一定程度时扩散动力减弱,第二相粒子析出量先增多后减少,在750℃时第二相粒子析出量最多。第二相粒子主要为碳化物和硫化物,氮化物较少;卷取温度的降低使元素难以扩散,从而抑制了第二相粒子的析出。

Mg处理对厚板中第二相粒子、HAZ组织及韧性的影响

综述了Mg对钢中第二相粒子、HAZ组织及韧性的影响,同时讨论了w(Ti)/w(N)及Al、Nb和B等合金元素对Mg处理钢板组织和性能的影响。当w(Mg)=27×10^(-6)时,HAZ中IAF体积分数最高,为55.4%,能够促进IAF生长有效夹杂物尺寸集中在2μm左右。随着Mg含量增加,钢中纳米TiN粒子增量细化析出,HAZ的低温冲击功值随着纳米TiN粒子的体积密度增加呈直线关系上升。对于铁素体船板钢,Mg处理后促进了晶内针状铁素体的生长,添加49×10^(-6)的w(Mg)后,-40℃焊接热影响区的冲击韧性从20 J增加到167 J。对于贝氏体海工钢,添加42×10^(-6)的w(Mg)后,第二相粒子的高温下溶解量大,钉扎力下降,晶粒粗大,-40℃HAZ韧性从加w(Mg)=2×10^(-6)的201 J降低到加w(Mg)=42×10^(-6)的58 J。w(Ti)/w(N)保持在3.42左右较为合适,此时第二相析出粒子数量较多,尺寸较小,增强了对晶界的钉扎作用。Al的添加会降低钢的HAZ韧性,当w(Al)=200×10^(-6)时,-20℃的冲击功从201 J降低到75 J。Nb添加后晶粒粗大,增加了钢中的脆性组织,Mg处理钢中加入160×10^(-6)的w(Nb)后,-40℃HAZ冲击韧性从127 J降低到58 J。B会提高钢的淬透性,在晶界处的偏聚抑制了晶界铁素体的形成,Mg处理钢中加入22×10^(-6)的w(B),-40℃冲击韧性从40 J提高到141 J。

第二相对铸轧3003铝合金箔坯再结晶行为的影响

目的铸轧法因工艺流程短、生产效率高而被广泛应用于3003铝合金箔板的生产。但铸轧法生产的坯料组织为Mn元素过饱和的固溶体,在后续再结晶退火时易析出细小弥散的第二相,这些第二相会抑制再结晶形核使得合金组织异常粗大,为解决这个问题,需探索最优的热处理工艺。方法采用均匀化退火预处理工艺,在均匀化退火过程中使Mn元素脱溶并析出粗大的第二相,为后续再结晶退火提供形核质点。研究均匀化退火温度对该过程中析出第二相的尺寸和数密度的影响,并研究均匀化退火对再结晶析出行为、形变再结晶晶粒形貌和织构特征的影响。结果经过450、500、550℃均匀化预处理的试样析出了大量粗大的第二相,从而诱发再结晶形核,促使合金组织细化;而原始铸轧样和400℃均匀化预处理的试样在再结晶退火时析出了大量细小的第二相,阻碍再结晶的发生,从而形成粗大的晶粒组织。由于均匀化处理过程中产生粗大粒子诱发形核(PSN)作用,使得500、550、600℃预处理冷轧板退火后具有较弱的再结晶织构。结论在500、550、600℃进行预处理可析出粗大的第二相,促使合金组织细化。通过数学拟合的方法,获得粗大第二相(d>200 nm)数密度与再结晶晶粒平均尺寸之间的关系为d=75.09-30.04ρ+4.08ρ^(2)。