高温金相技术的现状及进展

综述了高温金相显微镜的组成和工作原理,高温金相技术在高温相变原位观察,金属材料的高温显微组织、晶粒长大和力学性能研究等方面的应用以及高温金相技术的发展趋势。

普通及含Nb高锰钢的高温金相研究

本文通过高温金相仪 HM-4142对145Mnll 和120Mn12Nb(吹 N_2)在15～20℃/min 的加热和约500℃/min 的冷却过程中表面显微组织的变化进行了连续观察,并与层磨后的组织作了对比。对硬相的溶解和析出及加热过程中伴生的浮凸、空洞、晶粒长大等现象进行了分析并提出了新见解。

5A05铝合金热塑性变形的高温金相观察

为了考察５Ａ０５铝合金高温拉伸时的再结晶过程，用高温金相显微镜，对其在高温热变形时的动态变化进行观察，发现５Ａ０５铝合金在高温热变形时发生了动态再结晶，并且产生了空洞，发生了晶粒滑移和晶体转动，为开展超塑性机理的研究提供了试验设备．

铝-氧化铝复合材料压缩时的高温金相观察

为了考察铝-氧化铝复合材料可热塑加工能力,利用高温金相显微镜,对其在450C和600C压缩时组织的动态变化进行了观察,发现纤维可以随基体合金流动.但未发现纤维断裂和脱离基体现象.这表明纤维和基体接触面有坚固的粘结力,能承受从基体到纤维间的较强载荷.该复合材料可以进行热塑加工.

Fe-28Mn-4Si合金中γε相变的高温金相研究

本文用高温金相观察,辅以电阻测量等方法对Fe-28Mn-4Si合金中γε相变进行了研究。γε相变以切变方式进行并产生浮凸,相变可逆,且形核部位具有继承性;在室温至573K间热循环时,随着热循环次数增加,相变产生的浮凸数量减少,ε马氏体片长大增宽,M点基不变,A_1、A_1略有升高。

高温金相在研究铝导线二次短路熔痕组织中的应用

导线熔痕类型的判断对火调人员在认定火灾原因方面具有很大的依据和指导作用。由于火灾现场环境复杂,铝导线在形成短路熔痕后依然受到火灾现场高温的影响,其内部金相组织也会发生改变。通过模拟火灾现场环境制备铝导线二次短路熔痕,对其金相组织特征进行观察分析,并且使用高温金相显微镜对铝导线二次短路熔痕进行升温观察。结果表明:不同电流下铝导线熔痕金相组织具有差异性,当温度在500~600℃时,铝导线二次短路熔痕内部晶粒会变大,部分气孔缩小甚至消失。

三种高强铝合金高温组织实时观察研究

2219、2A14、2195铝合金是航天领域常用的三种结构材料,特别是2195合金,因其密度低、比强度和比刚度高等优势在航天的应用越来越广泛。本文基于高温金相实时观测系统,在50 K/min加热速率下对强化态(固溶+时效)下的三种铝合金常温(约25℃)至软化温度(约600~660℃)下微观组织及相组成的变化过程进行了实时观察。结果表明:强化态下的三种铝合金均在高于其固相线的温度下发生了熔化,高温金相视场中的初始熔化位置位于圆形相(含有Al、Cu元素)附近,而块状相(含有Al、Cu、Fe等元素)则最后发生熔化。重新凝固后材料显微硬度降低50%左右,表明基体中的增强相减少;先析α相中Cu含量降低,大部分Cu元素均富集于晶界上形成接近共晶成分的网状富Cu相;未溶块状相熔点较高,重新凝固后被推移到晶界。对三种铝合金分析对比结果表明,2195合金固液温度区间最小,高温下形成的网状富Cu液膜最容易被拉开,因此该材料热裂纹敏感性最大。

高纯度Fe-0.15％C合金的高温延性及硫的影响

通过高温拉伸试验,组织断口形貌观察,以及扫描俄歇探针表面分析,研究了高纯度Fe-0.15％C合金的高温延性及硫的影响,并探讨其机理。结果表明,高纯度Fe 0.15％C合金的晶界渗碳体不形成晶界空洞,具有极好的高温延性。0.005％S使高纯度Fe-0.15％C合金的高温延性急剧降低,其主要原因是晶界偏析的硫和晶界硫化物促进高温变形时晶界空洞的形成,空洞沿晶界连接,而导致降低延性的晶界破坏。

45钢魏氏组织高温实时形成研究及工艺控制

应用高温实时金相,全面研究了45钢在不同的加热温度、冷却方式下,魏氏组织真实形成的温度区间。结合魏氏组织的形成规律及实际生产状况,优化了45钢现有的生产工艺,有效地控制了魏氏组织的含量。

Al-10Mg二元合金系烧结过程的原位观察

烧结是粉末冶金工艺中至关重要的一环,为了加强对烧结过程的直观认识,利用高温光学显微镜(HTOM)对Al-10Mg 的二元纯金属粉末体系进行了烧结的原位观察试验,发现该体系烧结的典型物理过程是:镁颗粒边界熔化,镁晶界熔化,最后为镁颗粒熔化;镁颗粒熔化进程不同步;当烧结温度超过某一临界温度Tc 时,镁颗粒迅速熔化;而且烧结速度随冷坯密度的提高而加快,这为进一步合理优化烧结工艺提供了直接的参照依据。

含铌弹簧钢奥氏体晶粒长大与夹杂物的动态观察及分析

采用高温金相显微镜观察了含铌弹簧钢60Si2MnNb(%:0.57C、1.60Si、0.76Mn、0.34Cr、0.022Nb)在950～1 250℃真空加热时奥氏体晶粒长大现象,得到其晶粒长大动力学曲线,通过Arrhenius方程对粗化过程进行了曲线拟合;通过SEM(Scanning Electron Microscope)和EDS(Energy Dispersive Spectrometer)对出现的二相粒子进行了分析。实验结果表明,含铌弹簧钢60Si2MnNb晶粒粗化温度为1 050℃,较60Si2MnA钢的晶粒临界粗化温度T_(GC)提高了100℃;出现的二相粒子为非金属夹杂物。

Al-Mg粉末烧结过程中晶界扩散的原位观察

利用光学高温金相显微镜对Al 1 0Mg二元纯金属粉末体系的烧结过程进行原位观察 ,发现在镁颗粒内部晶界优先熔化 ,这是由于铝沿镁晶界的扩散系数远高于晶内扩散系数 ,在镁的晶界优先满足共晶的浓度条件而熔化造成的 ,从而直接证实晶界确是元素扩散的一条快速通道。

固相石墨化过程研究

用高温金相的方法观察了经不同孕育处理的可锻铸铁试样表面的石墨化过程 ,讨论了固相石墨化的控制因素。

TC4-DT钛合金的相变过程原位观察

利用共聚焦显微镜原位观察了存在强织构和正常两种组织的TC4-DT钛合金从室温升温至1 200℃过程中的组织演变,并且与在室温下采用光学显微镜获得的照片进行了对比研究。结果表明,试样加热温度大于500℃时,无需化学浸蚀即可以进行原位观察。试样加热至950℃(Tβ-35℃)时,可观察到球状α相逐渐消失,加热至1 000℃(Tβ+15℃)后观察不到球状α相,判断α→β相转变的温度区间应在950~1 000℃。此外,正常组织试样加热至1 000℃时已经能观察到β晶界和晶界滑移现象,而存在强织构的组织加热至1 170℃左右时才观察到明显的β晶界和晶界滑移现象。强织构会阻碍晶粒再结晶长大,只有加热至Tβ以上一定温度时,晶粒才能再结晶长大。

65Mn钢奥氏体晶粒长大与孪晶的动态观察

采用高温金相显微镜观察 6 5Mn钢试样在真空加热时奥氏体晶粒的变温与恒温长大现象 ,绘出了奥氏体晶粒长大动力学曲线 ;分析了奥氏体晶粒内部的退火孪晶的各种形态及孪生变形特征。依据试样表面浮凸及条带状着色的规律性变化 ,描绘了孪生变形时产生的镜面对称图象。

65钢在真空加热及冷却时的组织转变

用高温金相显微镜连续观察了 6 5钢奥氏体晶粒的长大过程及高温奥氏体孪晶的形成 ,分析了该钢试样加热及冷却后的室温组织 ,并用剥层分析法阐明了试样表层的脱碳现象。在冷却过程中没有看到先共析铁素体和珠光体转变时的动态过程 ,但从未经浸蚀的室温组织的着色及位置、形态的不同 。

高温下金属材料组织及夹杂物变化过程的原位观察

随着工业技术的不断发展,对新材料的研发也有了更高要求。利用高温共聚焦显微镜的显微成像系统对不锈钢和碳钢热轧钢板以一定范围内的升降温速率原位观察试样在加热和冷却过程中显微组织的变化,通过实验观察确定各阶段相变的起始和结束点、奥氏体晶粒变化全过程以及钢中夹杂物在钢液中的聚集、长大等行为。

Nb对轴承钢GCr15马氏体相变影响的原位观察

利用高温激光共聚焦显微镜原位观察Nb对轴承钢GCr15试样在连续冷却过程中奥氏体向马氏体转变的影响。结果表明,在马氏体相变过程中,板条状浮凸优先沿奥氏体晶界以及马氏体板条处形成,并与已有马氏体板条呈60°、120°或平行分布,马氏体数量急速增多,转变速率由快到慢,后形成的马氏体板条长度比先形成的短。添加0.018%和0.040%Nb微合金能比GCr15的M_s点分别提高8.3℃和11.5℃。

钒元素及热处理工艺对高碳微合金钢组织和性能的影响

为提高钒微合金钢的条件断裂韧度,利用Thermo-Calc热力学软件分析了含碳量(质量分数)为0.60%的钢在钒元素含量不同时,其析出相随温度的变化,确定了合适的钒元素含量。通过热力学计算及奥氏体晶粒度试验,提出了台阶式热处理工艺,并采用高温金相热模拟试验和实验室马弗炉对工艺效果进行了验证。结果表明:台阶式热处理工艺促进了铁素体形成,同时不会明显降低钢的硬度,使得试样强度和韧性均达到预定目标,明显改善了钒微合金钢的强韧配合关系。

CVD法制备6.5%Si硅钢过程中的微观结构对硅扩散的影响研究

目的研究渗硅过程中的晶界占比对渗硅质量的影响,从而探究出制备6.5%Si硅钢的合理工艺。方法通过CVD法,利用真空管式炉制备6.5%Si硅钢。通过高温金相实验探究温度对晶粒尺寸的影响,利用高温与常温下的金相实验、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)分别统计平均晶粒尺寸、平均晶界宽度和扩散方向上晶粒内部与晶界上的硅含量,再利用MATLAB和Abaqus软件求解扩散系数和模拟分析微观渗硅。结果1200℃下反应60 s,再扩散至140 s时,平均晶粒尺寸为140.45μm,平均晶界宽度为76.31 nm,由实验数据计算得到的晶粒内部扩散系数为9.026×10^(–6)mm^(2)/s,晶界扩散系数为2.924×10^(–3)mm^(2)/s,晶界占比为0.163%。结论晶界会影响渗硅扩散的速率与时间,晶界占总体积的比例越高,硅扩散越快,但相同时间内扩散越不均匀,导致硅钢片塑性下降。