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。

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。

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。

汽车用齿轮钢奥氏体晶粒长大与第二相粒子控制技术研究进展

伴随着全球双碳政策的实施,节能减排成为汽车制造业发展的首要目标之一.汽车用齿轮钢采用的更高温度结合更短时间的渗碳工艺是目前各齿轮生产企业最为直接的降碳措施,但齿轮钢在高温渗碳生产过程中却时常发生奥氏体晶粒异常粗大的问题,且渗碳温度越高混晶现象越严重.因此,各企业对齿轮钢进行微合金化,通过添加微合金元素在加热过程中析出第二相粒子产生钉扎作用来阻碍奥氏体晶粒异常长大,从而需要对复杂的齿轮钢奥氏体晶粒长大与第二相粒子析出机制进行研究.通过对奥氏体晶粒度、奥氏体晶粒长大机制及模型、第二相粒子(Nb(C,N)/AlN)对奥氏体晶界移动的钉扎作用及模型、以及加热温度与保温时间对奥氏体晶粒长大和第二相粒子钉扎作用的影响等进行了文献综述,阐明了奥氏体晶粒长大规律、第二相粒子的控制方法与抑制奥氏体晶粒长大的钉扎机制,为高质量齿轮钢的生产提供参考.

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。

含Ti微合金钢中的第二相粒子对焊接粗晶热影响区组织及韧性的影响

利用碳萃取复型技术研究了含Ti微合金钢及其模拟粗晶区 (CGHAZ)中的第二相粒子 ,并利用OM(光镜 )、TEM(透射电镜 )及系列冲击试验对含Ti微合金钢及一种成分相近的不含Ti低合金高强钢焊接粗晶区的组织及韧性进行了研究。研究结果表明 ,含Ti微合金钢中含有大量的、尺寸细小的TiN粒子 ,这些粒子非常稳定 ,在焊接热循环过程中能有效地阻止奥氏体晶粒长大 ,抑制粗大贝氏体的形成 ,促进针状铁素体析出及M -A组元的分解 ,从而显著改善低合金高强钢焊接粗晶热影响区的韧性 ,t8/5(80 0～5 0 0℃冷却时间 )越大 。

Ti-V-Nb微合金钢第二相粒子在焊接热循环过程中的变化规律

利用萃取复型技术,对Ti-V-Nb微合金钢母材、焊缝及模拟粗晶区中第二相粒子进行了研究。结果表明,母材中的粒子为含有Ti,V,Nb的碳氮化合物复合粒子,其尺寸均在100nm以下;粒子的形状不规则,不同粒子具有不同的成分,焊接过程中,溶池中的碳氮化合物粒子绝大部分发生溶解,溶解到溶池中的Ti通过冶金反应生成TiO,TiO与溶池中的其它脱氧(脱硫)产物结合成尺寸较大的夹杂物;而溶解到溶池中的Nb及V未重新析出。分析表明,TiO位于夹杂物的表面,且其附近一般有MnAl_2O_4相,两者具有相同晶体位向,焊接热循环后,焊接粗晶区中仍保留了较多的粒子,但粒子尺寸显著增大,粒子的形状由母材中的不规则状变为方形,粒子的Ti含量显著提高。

卷取温度对Ti-IF钢第二相粒子及晶粒尺寸的影响

采用热模拟技术 ,研究了卷取温度对 Ti- IF钢第二相粒子析出行为及晶粒尺寸的影响。结果表明 :卷取温度的变化 ,对 Ti N、Ti S和 Ti4 C2 S2 粒子的影响不大 ,但对 Ti C粒子的影响较大 ;高温卷取有利于 Ti C粒子的析出、长大 ;高温卷取有利于铁素体晶粒的长大 ;碳含量较高 ,会析出较多的 Ti C粒子 。

变形及热处理对Zr-Sn-Nb新锆合金第二相粒子的影响

将Zr-Sn-Nb 新锆合金样品分组进行不同的热加工,用透射电镜(TEM)和高分辨电镜(HRTEM)观察并分析它们的显微组织和第二相粒子成分。TEM 观察发现,1000℃样品与 580℃样品相似,第二相粒子呈弥散分布。其它样品中第二相粒子分布不太均匀,随着保温温度升高,带状分布的第二相增多。EDS分析发现样品中存在Nb/Fe比不同的2种Zr-Nb-Fe第二相粒子和不含Fe元素的βNb粒子。

钛对高强IF钢第二相粒子析出规律和力学性能的影响

研究了钛对高强 IF钢 Fe Ti P相析出规律及力学性能的影响。研究结果表明 ,随着钢中钛含量的提高 ,Fe Ti P相的析出倾向增大 ,材料的屈服强度和抗拉强度不断降低。当钢中 Ti、N元素的原子比为 1∶ 1时钢中无 Fe Ti P相析出 ,板材可采用最低的再结晶温度 ,且 r值最高。对高强 IF钢成分、工艺和性能之间的关系进行了进一步的分析讨论。

第二相粒子含量对基体晶粒长大影响的计算机仿真研究

利用作者自行开发和改良的MonteCarlo计算机仿真算法，对含不同数量第二相粒子的虚拟材料基体中三维晶粒长大过程的影响进行了仿真和定量分析结果表明，随粒子体积分数增加，晶粒长大指数下降，停滞状态的晶粒尺寸分布宽度减小．通过计算机仿真获得了极限晶粒尺寸和粒子参量间的定量关系，并由几何模型绘出了证明．与文献中已有理论模型、计算机仿真及实验结果进行的比较分析表明。

Ti-V-Nb微合金管线钢中的第二相粒子分析

利用萃取复型分析技术 ,对Ti V Nb微合金管线钢中第二相粒子进行了研究。结果表明 ,钢中存在大量弥散分布的细小粒子 ,尺寸较大的粒子近似方形 ,含Ti量较高而含Nb量较低 ;尺寸较小的粒子形状不规则 ,含Ti量较低、含Nb量较高 ;尺寸在 2 0nm以上的粒子中含V量均较低。电子衍射分析表明 ,粒子具有面心立方结构。这些弥散分布的粒子能够显著阻止奥氏体晶粒长大 ,在 1 1 50℃以下加热时 ,该钢的奥氏体晶粒长大速度非常小 ,而在1 1 50℃以上的温度加热时 ,奥氏体晶粒长大较明显。

焊接热循环对Ti-V-Nb微合金钢中第二相粒子的影响

利用萃取复型技术，对Ti－V－Nb微合金钢母材及模拟粗晶区中第二相粒子的形态、数量及成分进行了研究。结果表明，经热循环后，母材中形状不规则的第二相粒子变为方形，粒子的数量显著减少、尺寸增大、粒子的成分亦发生显著变化。分析表明，t8/5(800℃至500℃冷却时间)对粒子在热循环过程中的行为特点具有重要的影响，t8/5较小时，热循环过程中粒子发生溶解及长大；t8/5较大时，粒子不仅发生溶解及长大，在冷却过程中还会重新析出一些第二相粒子。

超细第二相粒子强化钢铁材料的研究进展

综述了钢中有关第二相粒子的研究进展情况,分析了第二相粒子对钢强韧性能的影响及第二相粒子细化钢晶粒的基本理论,概括了获得超细第二相粒子的基本方法,指出了存在的问题并提出了获得超细第二相粒子的新思路。

Ti-IF钢热轧时第二相粒子析出行为研究的最新进展

介绍了有关 Ti- IF钢热轧时第二相粒子析出行为的一些最新研究成果 ,内容包括 :第二相粒子的种类 ;第二相粒子在热轧时的析出过程 ;化学成分和热轧工艺参数对第二相粒子析出行为的影响。今后应着重研究溶度积和析出动力学 ,尤其是各种析出物之间的相互作用 ,并寻找定量分析第二相粒子的方法。

正常晶粒长大的计算机模拟(Ⅱ)——第二相粒子形状及取向的影响

采用改进的跃迁概率和MonteCarlo加速算法,模拟了第二相粒子不同形状及其取向对基体晶粒长大的影响。模拟结果表明:针状粒子钉轧晶界的效果好于球状粒子,但随着第二相面积分数fA的增加,晶粒平均尺寸受第二相形状的影响逐渐减小,而晶粒形态受到的影响逐渐增强;取向对基体晶粒长大没有明显影响。

低温取向硅钢中第二相粒子的析出行为及热轧组织

研究了不同工艺生产的低温取向硅钢热轧板中第二相粒子的析出行为及其组织。结果表明,热轧板中的析出物除了弥散分布的纳米级球形或椭球形的Mn S、Cu2S外,还观察到与其形貌相似的Si O2、Al N和Si3N4及其复合在一起的复杂化合物。试样中微米级析出物主要为Si O2、Mn S、Cu2S和Al N的复合物,纳米级析出物主要为Al N、Si3N4、Mn S、Cu2S的复合物。热轧板中0.01--0.2μm的析出物数量最多,约占总数的99%。与常规热轧板相比,CSP试样中夹杂物面积密度较小,在大于1μm范围内其平均尺寸较大,会使得后期退火过程中二次再结晶不完整,影响产品磁性能。热轧板在垂直于轧向横截面上组织分布具有很大的差别,其中CSP试样组织相对比较均匀,不利于后续处理工艺中发展完善的二次再结晶织构从而获得良好的磁性能。

第二相粒子对ECAP挤压的2A12铝合金晶粒细化的影响

采用等径角挤压技术对2A12铝合金在室温下进行挤压,成功制备了亚微米尺度的块体铝合金材料.挤压前材料的平均晶粒尺寸约5μm,两次挤压后,平均晶粒尺寸细化至200nm左右.合金中的Al2Cu相在挤压过程中由针状变成了块状颗粒,而Al2CuMg相在挤压过程中晶粒大小基本不变.研究发现,硬颗粒Al2CuMg对基体α-Al有剪切和割裂作用,可以促进基体的晶粒细化过程,并初步给出了晶粒细化的模型.

相场法模拟球形和盘形第二相粒子对晶粒长大的影响

利用相场法模型，模拟研究含不同尺寸和面积分数的球形和盘形粒子的二维系统中晶粒的长大特征，揭示第二相粒子对晶粒长大的影响规律。结果表明：初始阶段晶粒长大符合长大指数n为0．3-0．4的指数长大规律，其n与系统单位面积所含的粒子数量密切相关；晶粒长大过程中绝大多数粒子位于晶界处，其最终的平均晶粒半径可以用Zener关系表示；当粒子尺寸和面积分数一定时，粒子的形状对晶粒的长大过程没有明显影响。

Ti-Nb微合金钢中第二相粒子对CGHAZ组织及韧性的影响

利用碳萃取复型技术研究了含Ti-Nb微合金钢模拟粗晶区(CGHAZ)中的第二相粒子,并利用OM(光镜)、TEM(透射电镜)及系列冲击试验对含Ti-Nb微合金钢CGHAZ的组织及韧性进行了研究。研究结果表明,含Ti-Nb微合金钢中含有大量尺寸细小的TixNb1-x(CyN-y)粒子,粒子中Nb的相对质量分数(WNb/(WNb+WTi))在25%～82%之间,尺寸较大的粒子含有较多Ti,形状接近方形;尺寸较小的粒子含有较多的Nb,形状接近球形。焊接热循环后,粒子的数量显著减少、平均尺寸增大,残留的粒子变为方形。在焊接热循环过程中这些粒子能有效地阻止奥氏体晶粒长大、抑制粗大贝氏体的形成、促进针状铁素体析出及M—A组元的分解,从而显著改善低合金高强钢CGHAZ的韧性,在500～800℃的冷却时间t越长,这种改善作用越明显。