磷在钢回火脆性发展时的非平衡偏聚及钼的影响

用俄歇能谱仪和扫描电镜研究了中碳钢和含钼中碳钢在回火脆性发展过程中Ｐ在晶界上的偏聚。发现在４８０ ℃回火时，两种钢均在晶界出现Ｐ的浓度峰值。含钼中碳钢中的Ｍｏ 减小了晶界断裂比例，但并不改变Ｐ的浓度峰值。同时还观察了Ｓ、Ｃ、Ｍｏ 等组元在晶界的偏聚。Ｐ在晶界的浓度峰值可以用磷－空位复合体的非平衡偏聚机制加以解释。

晶界非平衡偏聚研究的回顾与展望

溶质晶界非平衡偏聚现象已在大量合金系中发现．它对材料的性能、相转变、界面化学、界面结构及运动均有重要影响。本文综述了连续冷却与高温淬火等温过程静止晶界上溶质非平衡偏聚研究已获得的主要实验规律，分析评述了已有的主要理论模型，讨论了当前存在的问题，同时还评述了近年来移动界面溶质反常偏聚研究的实验进展和理论研究现状，引用文献101篇。

晶界非平衡偏聚的发生与发展过程

采用硼（Ｂ）径迹照相法和透射电镜从实验上观察了连续冷却过程中Ｂ在晶界非平衡偏聚的发生发展过程。测定了晶界偏聚的富集因子、富集带宽度、贫Ｂ区宽度和贫化因子等偏聚特征参量 实验结果表明，对于Ｂ含量（质量分数）为１０×１０－４％的 Ｆｅ－４０％Ｎｉ合金体系，以 ２℃／ｓ的冷速从 １１５０ ℃冷却到 ６４０℃的时候，Ｂ在晶界上的偏聚经历了 ３段式的发展．并在８６０ ℃时开始向非平衡析出转化。

冷却过程中硼的晶界非平衡偏聚实验观察

用硼径迹照相法和透射电镜观察了冷却过程中硼的晶界非平衡偏聚形成过程．实验 发现，以２℃／ｓ冷速从１１５０℃冷却到６４０℃的过程中，硼在晶界上的非平衡偏聚可以分成扩散 行为不同的３个阶段． 实验测定了晶界富集因子、富集带宽度、贫硼区宽度和贫化因子等偏聚 特征，并对有关现象进行了初步讨论．

Cu在Al－1．17％Cu合金表面的非平衡偏聚

Ｘ光电子能谱表明，在Ａｌ－１．１７％Ｃｕ合金氧化膜下的过饱和空位造成的空位坑中，有较大的Ｃｕ的偏聚。这种偏聚可用空位－Ｃｕ原子复合体扩散导致的非平衡偏聚理论来解释。

硅在铝晶界上的析出与非平衡偏聚

经高温固溶处理后匀速冷却的Al—0.35％Si合金样品,晶界上可观察到富硅的析出相,析出量随着固溶处理温度的增加而增加。对于高温固溶处理,再在较低温度二次固溶处理不同时间后匀速冷却的样品,25min的晶界析出量最大;对于25min二次处理后直接水淬样品,晶界上可观察到1μm以上的析出相。实验结果表明,硅在铝界上存在着硅—空位复合体导致的非平衡偏聚。

回火脆性的杂质。空位复合体非平衡偏聚机制

提出了钢回火脆性的杂质－空位复合体机制。研究了４０Ｃｒ钢５３８℃长时间回火脆化动力学，发现５０％ＦＡＴＴ（脆韧转变温度）随回火时间变化的规律与所提出的机制吻合较好。用扫描电镜观察冲击断口形貌，表明沿晶断口的比例呈规律性变化。用俄歇电子谱仪测定了晶界磷浓度的变化。

晶界非平衡偏聚与晶体缺陷构型的关系

对Ｆｅ－３０％Ｎｉ合金和超低碳贝氏体钢在高温进行不同方式变形和保温，通过变形、回复、与再结晶，获得不同的晶体缺陷数量与构型住要是位错分布形态）．用硼径迹显微照相技术研究了空冷过程中硼向晶界的非平衡偏聚及与不同形态晶体缺陷的关系．结果表明，在再结晶新晶粒冷却时晶界偏聚明显，晶界附近会出现较显著的贫硼现象，而变形并回复后的原始晶粒中此现象不明显，高温回复阶段形成的多边形化亚晶界（位错墙）对冷却时硼向晶界非平衡偏聚过程有明显影响，而刚变形时形成的高密度离散分布的位错对冷却时硼非平衡偏聚过程作用不明显，硼原子偏聚过程与位错的相互作用对位错分布的形态敏感．

硼在晶界的平衡偏聚与非平衡偏聚

在含硼20×10-6的GH128合金TLP扩散连接区中,硼在奥氏体晶界存在两类偏聚,即平衡偏聚和非平衡偏聚.晶界非平衡偏聚的一个重要特征是等温偏聚动力学曲线上出现极大值.在较低温度下等温,非平衡偏聚促进了晶界硼相的析出和平衡偏聚的建立.在连续冷却时,硼在晶界的偏聚是保温时形成的平衡偏聚和冷却时形成的非平衡偏聚的迭加.加热温度升高,其控制因素由前者转变成后者;冷却速度降低,后者增强.

硼在Fe-Cr-B合金晶粒中的非平衡偏聚(英文)

运用电子显微分析手段 ,将经过循环热处理的Fe Cr B合金晶粒中的二次析出相与经过常规热处理晶粒中的二次析出相加以比较 ,直接揭示了在高含硼的Fe Cr B合金的基体中出现的硼的非平衡偏聚现象 研究发现 ,在晶粒中硼的非平衡偏聚的产生与加热温度、奥氏体相。

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 .

Si在Al—0.35wt—％Si合金表面的非平衡偏聚

金相、X射线电子能谱和显微硬度等实验表明,Si在Al-0.35wt-％Si合金氧化膜下的过饱和空位造成的空位坑中有Si的偏聚.这种偏聚只能用空位-Si原子复合体扩散导致的非平衡偏聚理论来解释。

硼在奥氏体晶界的非平衡偏聚

作者应用径迹显微照相技术(PTA)研究了硼在奥氏体晶界的非平衡偏聚。实验结果表明,含硼10ppm的Fe-30wt%Ni奥氏体合金,在1050℃以上,不产生硼的平衡晶界偏聚和硼化物析出;但当该合金试样从1050℃以上温度水冷和空冷时,产生硼的非平衡晶界偏聚。这种偏聚是在试样的冷却过程中产生的,其特点是,在一定的冷却速度下,冷却开始温度越高,偏聚量越大;而在一定的冷却开始温度下,试样的冷却速度越小,偏聚量越大。

低拉应力下12Cr1MoV钢中P原子的晶界非平衡偏聚

对低应力作用下12Cr1MoV钢中磷原子的晶界偏聚现象进行了俄歇能谱实验研究和动力学分析.实验获得了在30MPa拉应力作用下,磷原子在晶界处发生的非平衡晶界偏聚,临界时间是1h.分析表明,低拉应力极大地提高了磷-空位复合体在钢中的扩散速率,低拉应力引起的晶界变形对磷-空位复合体具有强烈的吸引作用.通过动力学计算给出了磷-空位复合体偏聚阶段扩散系数Dc和磷原子反偏聚扩散系数Di随时间变化的表达式.

Ni_3Al中B和Mg的非平衡晶界共偏聚

在1023-1373K的初始温度和0.05-268.91K/s的冷速范围内,用Auger剖层分析确定含B和Mg的Ni3Al合金中B和Mg的非平衡晶界共偏聚行为.按照溶质-空位复合体迁移机制所导出的描述非平衡晶界偏聚的扩散速率方程解析表达式,很好地模拟了本实验结果;并确定了Ni3Al-B-Mg合金中B及B-空位复合体、Mg及Mg-空位复合体的扩散系数及复合体激活能.

磷的非平衡晶界偏聚现象及对回火脆性的影响

为确定304L钢中P的偏聚特征,分析了Briant在俄歇能谱(AES)下得到的磷晶界偏聚浓度.研究表明,经1100℃固溶1h、水淬后的304L不锈钢,不仅在700℃恒温时效过程中出现磷的晶界偏聚浓度峰值,并在500、550、600、650、700℃分别恒温时效100h后,600℃处发现磷的晶界偏聚浓度峰值.分析发现,磷在304L钢中发生了非平衡晶界偏聚.通过对磷非平衡晶界偏聚恒温动力学特征的讨论,提出了回火脆性的非平衡晶界偏聚机理.

分步冷却过程中磷的非平衡晶界偏聚

研究了分步冷却过程中12Cr1MoV钢磷的非平衡晶界偏聚。从理论上计算了磷的晶界偏聚等效时间和晶界偏聚量,并用实验验证了根据动力学计算得出的磷的晶界偏聚浓度。试验结果与理论计算值相符,可为预测钢在实际服役状况下的晶界脆性提供依据。

非平衡晶界偏聚和晶间脆性断裂研究的进展

作者最近在国际权威性评论杂志Progress in Materials Science上发表了主要评述自己近20年来研究工作进展的长篇文章。在本文中作者阐述这篇文章所论述的一些新现象、新概念、新理论模型的内容、意义,以及提出它们时的科学背景。

镍基高温合金中温低塑性非平衡偏聚机理的实验研究

本文实验证实了GH3536合金中杂质硫的非平衡晶界偏聚,引起该合金的中温低塑性现象。其机理如下:合金高温固溶处理后淬火,然后在各个拉伸实验温度都恒温20分钟后拉伸,实验证实该合金中硫在500℃的非平衡偏聚的临界时间在20分钟左右,硫在此温度偏聚浓度达到峰值,引起塑性极小值。随着拉伸温度从500℃升高或降低,硫的临界时间都将越来越短于或长于20分钟,硫的晶界浓度都将降低,塑性也将升高,形成中温低塑性区。

等温保持状态下非平衡晶界偏聚动力学的研究

海军舰艇主机及核动力设备中 ,壁温在 5 70 - 5 90℃以及壁温为 5 4 0℃左右的蒸气管道和集箱用钢 ,长期在回火脆性温度范围服役 ,会由于磷的晶界偏聚而导致沿晶间的脆性断裂 .为此介绍了等温保持状态下磷的非平稳晶界偏聚动力学的研究进展 ,建立了非平衡偏聚过程和反偏聚过程动力学方程 ,依此可计算某一温度下任意时刻的晶界偏聚量 ,并求出对应最大偏聚量的临界时间 ,从而可以预报钢的晶界脆性 ,为钢的晶界脆性控制研究提供了依据 .