位错环上的Cr偏析对辐照硬化影响的原子尺度模拟研究

低温辐照脆化是影响低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢服役的主要问题之一。RAFM钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷(如位错环、析出物等)阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法研究了bcc-Fe内刃型位错线与1/2〈111〉间隙位错环的相互作用,并对比分析了Cr偏析在位错环上对其硬化的影响。研究结果表明:刃型位错线挣脱位错环所需临界剪切应力(CRSS)与位错环的伯格斯矢量有关;在本文所研究条件下,在一定温度范围内,Cr偏析在位错环上会使得位错线挣脱所需CRSS增加,引起硬化增强。

冷却条件对TC6合金温度场和Cr偏析的影响

采用多场耦合重熔工艺仿真软件MeltFlow-VAR建立数值模型,研究了工业化大规格TC6合金在不同冷却条件下的温度场和Cr元素偏析行为,并通过制备Ф640 mm规格TC6合金铸锭进行验证。模拟结果表明:增大铸锭和坩埚间的换热后,铸锭熔池和糊状区深度变浅,整体呈现自下而上的顺序凝固,Cr元素偏析范围及整锭极差减小。结合实验验证表明:采用壁厚减薄的异形坩埚加强冷却后,凝固组织转变为全柱状晶,有利于减轻偏析,得到成分均匀性较高的铸锭。

30CrMnSiA钢筒形件铬偏析缺陷研究

本文对30CrMnSiA钢薄壁筒形件上出现的疑似裂纹、划痕、发纹的不明缺陷进行了外观形貌、磁粉探伤、金相、电镜能谱等检测分析,并进行了切向力学性能对比测试。分析检测和对比测试的结果表明:上述产品上出现的缺陷并不是真正的裂纹、划痕、发纹,而是由原材料中的Cr成分偏析所导致的较光亮的线条状、细网带状缺陷。在偏析区内,合金元素Cr的含量显著高于正常材料含量,在原材料供应状态,其缺陷很难发现,而在真空淬火及真空回火之后,偏析区比正常材料区光亮,才在机械加工和磁粉探伤检验时发现;这种Cr偏析缺陷不能提高30CrMnSiA钢产品材料的切向强度,而有可能显著降低材料的切向塑性。

FeCr合金中Cr含量对微观结构影响的原子尺度模拟研究

低温辐照脆化是影响铁素体/马氏体(F/M)钢服役的主要问题之一。F/M钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷(如位错环、α′相(富Cr团簇)等)阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法和迈氏蒙特卡罗方法对F/M钢模型材料——FeCr合金(Fe7%Cr、Fe9%Cr、Fe14%Cr)中Cr元素析出成团簇及在位错环上偏析的机理进行研究,并分析Cr团簇析出与合金成分的关系以及位错环尺寸、位错环类型和合金中Cr含量对位错环上Cr偏析量的影响。模拟结果表明:热力学模拟后,高Cr含量(>9%)的FeCr合金中会析出Cr团簇,且基体内Cr含量越高,析出的Cr团簇尺寸越大;在所研究的3种FeCr合金中,受位错环张应力场作用,合金元素Cr均会在位错环的外围偏析,且FeCr合金中Cr含量越高,Cr在位错环上偏析量越高。低Cr的FeCr合金中Cr对其辐照硬化的影响需考虑位错环上Cr偏析的影响,高Cr的FeCr合金中Cr元素对其辐照硬化的影响需综合考虑Cr团簇及位错环上Cr偏析。