球磨转速对含钆ODS钢中M_(23)C_(6)析出的影响研究

以“结构/屏蔽一体化”为研发目标的含钆ODS合金具有较优的中子屏蔽性能与高温力学性能,可作为小型模块化铅冷快堆中子屏蔽材料的研发方向之一。在机械合金化-放电等离子体烧结工艺制备含钆ODS-316L钢的研究中发现,球磨转速影响材料的析出相种类,如在220 r/min低球磨转速下,ODS-316L钢中仅存在纳米尺寸的Gd-Si-O析出相,而在300 r/min高球磨转速下,除纳米尺寸的Gd-Si-O析出相外,材料内还分布着大量百纳米尺寸的片层堆叠状M_(23)C_(6)型碳化物,且M_(23)C_(6)内同样存在纳米含钆氧化物颗粒。高球磨转速使球磨粉内元素的偏析与内应力的累积促进了M_(23)C_(6)的形核,随后的粉末烧结温度则为M_(23)C_(6)的生长提供了驱动力。此研究可为粉末冶金含钆ODS-316L钢的微观组织调控奠定一定的实验与理论基础。

合金碳化物M_(23)C_(6)对CLAM钢晶界拉伸性能的影响机理研究

低活化马氏体-铁素体钢是目前核聚变反应堆的首选结构材料之一,钢中纳米级碳化物析出相对其韧塑性能起关键作用。本文以CLAM钢为研究对象,利用SEM、TEM对其显微组织、碳化物析出相M23C6(M=Fe,Cr)相及断裂微区进行表征与分析。结果表明,M_(23)C_(6)主要分布在马氏体板条边界,在拉伸过程中会造成位错缠结堆积,促发微裂纹的萌生和扩展。为了从原子尺度上探究碳化物对晶界变形行为的影响,采用分子动力学方法模拟了拉伸变形过程中晶界(∑5(031))上碳化物和位错的交互作用。模拟结果显示,晶界的塑性变形以位错滑移和非晶化塑性变形为主。随着碳化物尺寸增大和数量增多,非晶化塑性变形程度增强,位错运动受阻,造成局部结构应力集中并产生微裂纹。

原位合成M_(23)C_(6)-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究

选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M_(23)C_(6)-WC(M:Cr,W,Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁基合金数据库的基础上,使用Thermo-Calc软件进行热力学计算来研究熔覆层的凝固过程.此外,还对比研究了纯Fe60合金熔覆层、WC增强铁基熔覆层和M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的显微硬度和摩擦磨损行为.结果显示:M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层主要以α-Fe枝晶为基体、W、WC和M_(23)C_(6)复合碳化物为增强相.M_(23)C_(6)碳化物以连续网状结构分布在α-Fe枝晶间,WC颗粒以残留W为形核核心生长成块状分布在熔覆层中.微观结构结合热力学计算结果表明:激光熔覆过程中M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的凝固过程为液态+W→液态+W+WC→液态+W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶→W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶+M_(23)C_(6)→W+WC+α-Fe枝晶+M_(23)C_(6).根据显微硬度和磨损率测试可知:M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的平均显微硬度为835.3 HV_(0.5),比纯Fe60合金涂层(604.6 HV_(0.5))和WC增强铁基熔覆层(658.9 HV_(0.5))分别增加了约230 HV_(0.5)和180 HV_(0.5).M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的磨损率为3.44×10^(−6)mm^(3)/(N·m),比纯Fe60合金熔覆层[8.51×10^(−5)mm^(3)/(N·m)]和WC增强铁基熔覆层[7.98×10^(−6)mm^(3)/(N·m)]分别减少了约24.7倍和2.3倍.

新型耐热合金C-HRA-3高温时效过程析出相成分特征分析

针对C-HRA-3耐热合金在700℃和750℃时效后的试样研究了M_(23)C_(6)碳化物和γ′相化学相组成变化规律。结果表明:C-HRA-3合金经高温时效后析出M_(23)C_(6)碳化物和γ′相,其中M_(23)C_(6)碳化物中合金元素M为Cr、Mo、Ni和Co,γ′相中合金元素有Ni、Co、Al、Ti、Mo、Cr和Nb,时效至8000 h后,700℃时效后M_(23)C_(6)碳化物析出量约0.978%,γ′相析出量约9.5%;750℃时效后,M_(23)C_(6)碳化物析出量约1.023%,γ′相析出量约6.753%,随时效温度升高,M_(23)C_(6)碳化物析出量增加约4.6%,γ′相析出量减小约28.9%。

基于CPFEM探究M_(23)C_(6)对P92耐热钢高温塑性变形的影响

本文基于晶体塑性理论,耦合Orowan位错动力学方程和泰勒硬化模型,建立了考虑位错密度的P92钢力学模型。采用晶体塑性有限元方法探究了M_(23)C_(6)的析出数量和取向关系对于P92耐热钢局部高温塑性变形的影响。结果表明,M_(23)C_(6)承担较高的应力而发生较小的塑性变形,应变集中现象主要出现在M_(23)C_(6)与基体交界处,M_(23)C_(6)数量的增加引起了明显应变梯度,加剧了局部塑性变形的不均匀性。M_(23)C_(6)与基体的三种取向关系中,Pitsch取向更有利于降低局部应变集中,缓解位错塞积,减少P92钢服役过程中损伤开裂的可能性。

INTRAGRANULAR VC AND M_(23)C_6 IN GH36 SUPERALLOY

The distinct images of intragranular VC were observed on TEM in superalloy GH36 underwent normal heat treatment and prolonged aging.The size of VC particles were meas- ured by means of Moire pattern,and the misfit between VC and austenite was also calculated. The M23C6 enveloped in VC shell was also observed in the prolonged-aged specimens.The coherent relation between intragranular M_(23)C_6 twins and austenite as well as its coherent in- terface were also studied.

316L奥氏体不锈钢中时效条件下析出相演变行为的研究

通过定量金相、SEM&EDS、TEM等实验技术分析316L奥氏体不锈钢中析出相随时效时间、温度的变化,并测定析出相的体积分数与尺寸,结合热力学计算表明:在316L奥氏体不锈钢中,经850℃时效处理后,析出相为M_(23)C_6型碳化物,且随着时效时间的延长,析出量明显增多,尺寸增大;经650℃时效处理100 h后,主要析出相类型为x相。

IN625合金760℃时效析出相对冲击性能的影响

研究了IN 625合金在760℃时效过程中组织结构变化及其对室温冲击性能的影响,并利用光学、扫描和透射电镜对时效前后的合金组织结构和冲击断口进行了观察与分析.结果表明:该合金在时效过程中,析出相有M23C6、γ′和γ″;M23C6主要沿晶界分布,晶内分布较少,γ″相垂直于晶界方向析出,γ′颗粒分布于晶内;长时间时效对晶内M23C6和γ′相影响小,但导致晶界M23C6相聚集长大,γ″相沿长度方向长大且数量明显增多;时效后,冲击吸收能量明显降低,断裂模式由韧性断裂转变为脆性断裂.

Inconel 617合金中第二相的析出规律研究

利用SEM和TEM对Inconel 617合金在700℃时效0~1000 h后的M23C6碳化物和γ′-Ni 3(Ti,Al)相的析出规律及第二相析出对硬度的影响进行了研究。结果表明,700℃时效过程中样品在160 h时达到硬度峰值,且硬度的提高与晶界处析出的不规则M23C6碳化物、晶粒内部析出的棒状M23C6碳化物和球状γ′相有关,其中γ′相对材料的强化效果更明显。时效初期,第二相以M23C6碳化物为主,γ′相倾向在碳化物周围的富Al和Ti的区域形核长大。两种相互依附的析出相存在共格取向关系,限制彼此的生长。γ′相数量不断增多并向碳化物内部生长,导致碳化物逐渐分解。时效后期,晶粒内部的碳化物几乎消失,晶粒内部弥散分布着大量球状γ′相。根据实验结果,讨论了两种析出相的析出长大规律。

620℃汽轮机用CB2钢高温时效过程组织与析出相演变分析

为获得长时服役过程中CB2钢的组织演变规律和老化特征,研究了CB2钢在620℃高温时效过程中显微组织和析出相的演变行为。结果表明:CB2钢在高温时效过程中显微组织仍为回火马氏体,板条形态清晰、位错密度未见明显下降,组织稳定性良好,供货态中析出的M_(23)C_(6)碳化物大量弥散分布在马氏体板条边界、原奥氏体晶界,在时效过程中尺寸无明显增大,时效8000h后仍在200nm以内,这是CB2钢保持良好高温强度的重要原因。CB2钢高温时效过程中微观组织的变化主要表现为Laves相的析出和长大,它依附于M_(23)C_(6)碳化物优先形核析出并以吞噬机制长大,随时间延长颗粒尺寸呈线性增大、不断粗化,这是造成CB2钢时效脆化的重要原因。

共晶高熵合金C_(x)CoCr_(3)Fe_(5)Ni强度-韧性协同效应

通过真空感应熔炼制备C_(x)CoCr_(3)Fe_(5)Ni(x=0,0.1,0.2和0.3,摩尔分数)高熵合金(HEAs),研究碳含量对微观结构和力学性能的影响。随着碳含量的增加,合金相结构由FCC+BCC双相结构转变为M_(23)C_(6)碳化物和FCC相的共晶结构。与CoCr_(3)Fe_(5)Ni基体合金(屈服强度307.5 MPa、极限抗拉强度646.5MPa以及伸长率55.4%)相比,C_(0.2)CoCr_(3)Fe_(5)Ni共晶HEA的屈服强度(378.9MPa)、极限抗拉强度(837.1MPa)和伸长率(56.1%)均显著提高。该合金力学性能的提高主要归因于碳合金化所引起的间隙固溶强化和特殊的共晶结构带来的第二相强化。

9Cr-2W耐热钢的微观组织及析出相的研究

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对9Cr-2W耐热钢的组织结构及析出相进行了研究.结果表明：9Cr-2W耐热钢在正火态下的显微组织为马氏体,含有几十到上百nm的NbX析出相以及几十nm的针状渗碳体,而在回火态下的显微组织为回火马氏体,析出相主要是100~300 nm的M23C6型析出相和50 nm左右的MX型析出相;9Cr-2W耐热钢在650℃、110 MPa下持久断裂后的显微组织仍为回火马氏体,持久断裂试样中除了M23C6型和MX型析出相以外,还发现尺寸为100~500 nm左右的Laves相,主要分布在晶界上.

Inconel 690镍基合金平衡相的热力学计算和实验分析

采用Thermo-Calc软件研究了经1 t真空感应炉+电渣重熔工艺冶炼的典型Inconel 690镍基合金(%:0.015C、29.42Cr、9.10Fe、0.26Ti、0.16Al)的平衡相析出规律,以及合金成分对M_(23)C_6相析出行为的影响。通过扫描电镜、透射电镜、选区电子衍射和X-射线能谱法对固溶和敏化处理的Inconel 690合金的组织进行了实验分析。结果表明,Inconel 690镍基合金平衡态析出相主要为M_(23)C_6和M(CN);当固溶温度≥1000℃时,M_(23)C_6完全溶解。计算结果指出,合金中碳含量对M_(23)C_6析出量的影响最大。

HAYNES282镍基合金的平衡析出相及焊缝微观组织

利用热力学软件JMatPro分析700℃等级汽轮机焊接转子材料HAYNES282的合金元素对平衡相析出行为的影响,在此基础上分析研究焊缝微观组织。结果表明,282合金的热力学平衡析出相为γ、γ′、MC、M_6C、M_(23)C_6、M_3B_2、σ、μ,各析出相的含量与温度具有一定的规律性,元素含量的变化对平衡态的析出相有直接影响。从微观组织可以看出,固溶后的焊缝出现栅状组织,在焊缝一次枝晶内沿枝晶生长方向线性排列,但取向各异。焊缝组织析出相主要为(Cr、Fe、Mo)_(23)C_6、(Mo,Co,Fe)_6C。

时效温度对S31042奥氏体耐热钢析出相的影响

为了研究时效温度对S31042钢析出行为的影响,在650、700、750℃下对S31042钢进行了长时时效处理。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射,观察及分析了钢中析出相的演变。结果表明,时效温度对钢中析出相种类的影响较小,钢中的主要析出相为M_(23)C_6相、Z相和MX相,700、750℃时效过程中有σ相析出。随着时效温度的升高,晶界处的M_(23)C_6碳化物的析出速率和粗化速率明显加快,而Z相受温度变化影响较小。M_(23)C_6相的粗化受C元素的扩散控制,Z相的粗化则主要受Nb元素的扩散控制。

淬火温度对N63钢组织和力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等研究了淬火温度对N63钢组织及性能的影响。结果表明:当淬火温度低于1050℃时,N63钢中观察到M_(23)C_(6)型未溶相;随淬火温度升高,N63钢中未溶相逐渐溶解,晶粒有长大趋势;N63钢在900~1150℃范围内淬火时(淬火后还进行了深冷及回火处理),随着淬火温度的升高,其抗拉强度先升高后降低,在1000℃淬火时达到峰值,为1479 MPa,屈服强度整体上呈降低趋势,在950℃淬火时达到峰值,为1209 MPa,冲击吸收能量先升高后略有降低,在1100℃淬火时达到峰值,为148 J。N63钢在1100℃淬火及深冷和回火处理后,碳化物完全溶解且组织完全奥氏体化,具有最佳的强韧性匹配,其抗拉强度为1470 MPa、屈服强度为1136 MPa,冲击吸收能量为148 J。

退火处理对0Cr21Ni6Mn9N钢管析出行为的影响

利用箱式退火炉对0Cr21Ni6Mn9N钢管进行不同工艺的退火处理,采用OM和SEM观察了退火后0Cr21Ni6Mn9N钢管的微观组织,并研究了退火对钢管析出行为的影响,结果表明钢管在630~850℃退火时有明显的M23C6型碳化物析出,在800℃左右析出最多,析出量随温度的升高先增多后减少,在850℃退火时基本无析出物;在650℃退火10 min后,在钢的晶界处有少量析出;随着退火保温时间的延长,析出量增多,且逐渐向晶内生长。

B质量分数对620℃时效中FB2钢组织和力学性能的影响

通过扫描电镜、拉伸性能测试和硬度测试等对620℃长期时效中不同B质量分数的FB2钢进行组织观察和力学性能分析。研究结果表明:在FB2钢620℃长期时效中,M_(23)C_(6)相的平均尺寸随时效时间的延长逐渐增大,其平均尺寸随B质量分数的增加而逐渐减小;Laves相在时效1000 h后析出,并且随着时效时间的延长不断长大粗化,其平均尺寸随B质量分数的增加而逐渐减小;BN夹杂物的析出量随B质量分数的增加而逐渐增大。FB2钢的拉伸性能随着时效时间的延长而逐渐减弱,随B质量分数的增加先增强后减弱,并且在B质量分数为0.010%时拉伸性能达到最强。FB2钢的硬度随着时效时间的延长而逐渐减小,随B质量分数的增加先增大后减小,并且在B质量分数为0.010%时硬度达到最大。当B质量分数由0增加到0.010%时,拉伸性能和硬度的增大是M_(23)C_(6)相和Laves相的平均尺寸的减小所引起的;当B质量分数由0.010%增加到0.030%时,拉伸性能和硬度的减小是BN夹杂物析出量的增加所导致的。为充分发挥钢中B、N的强化作用,同时提高FB2钢的高温性能及稳定性,钢中较优的B质量分数控制在0.010%左右。

时效温度对S31042奥氏体耐热钢析出相的影响

S31042钢是25Cr-20Ni型的新型奥氏体耐热钢，具有优良的抗蒸汽腐蚀性能和较高的持久强度，是超超临界火电机组过热器和再热器的优良材料。作为锅炉过热器和再热器部件，材料长期在高温高压下服役，材料的微观组织会逐渐发生变化，主要表现在第二相的析出、长大和转变、新的相的形成等，而微观组织结构的变化将直接影响材料的性能。本工作对S31042钢不同温度时效下析出相的种类、形貌和尺寸进行深入研究，探讨了M23C6相的熟化规律及时效温度对析出相的影响。

GH3230合金M_(23)C_(6)型碳化物的析出行为

研究了固溶态GH3230合金在800~1100℃时效不同时间下的碳化物析出行为。结果表明:GH3230合金固溶态组织主要为γ相+初生粒状碳化物M6C+少量晶界粒状碳化物M_(23)C_(6)。试验合金在800~1100℃短时时效后,晶界和晶内析出的碳化物主要为M_(23)C_(6)型。其中晶界粒状M_(23)C_(6)型碳化物有沿着晶内长大的倾向,并逐渐变成胞状碳化物。在同一时效温度下,晶内碳化物析出数量会随着时效时间的增加而增加,此后会逐渐回溶,回溶开始的时间会随着时效温度的提高而逐渐提前。