高氮高速钢的性能和合金马氏体价电子结构关系的研究

本文运用余瑞璜的“固体与分子经验电子理论”建立了Fe-C系、Fe-N系合金马氏体晶胞的价电子结构,研究了高氮高速钢中合金元素C,N,W,Mo,Cr,V对强度、韧性、红硬性和抗回火稳定性等各项性能的作用机制。研究结果表明:在高氮高速钢中形成了较Fe-C系合金马氏体具有更强键合力和对C,N原子扩散具有更高阻力的Fe-N系合金马氏体偏聚结构单元,增加了具有较强键合力偏聚结构单元的权重,同时N原子促进了合金元素W,Mo,Cr,V原子间的交互作用,并使合金马氏体中的共价电子对空间分布更为均衡,进而使高氮高速钢的各项性能均优于传统高速钢。     

奥氏体不锈钢中氮合金化的价电子理论研究

利用余瑞璜的“固体与分子经验电子理论”从决定合金元素行为的聚合态原子价电子结构出发,研究了奥氏体不锈钢中氮合金化的作用机制。依据原子杂化状态、实验键距等已知资料建立了含 N-Ni 和含 C-Ni 奥氏体晶胞的价电子结构。分析表明,奥氏体稳定化元素氮是由于溶入奥氏体相中增强了原子间的结合力,较强的 Fe-N 结合力阻止了奥氏体的相变,降低了相变温度。在奥氏体中氮原子与镍原子产生交互作用,使奥氏体相的原子结合力不仅得到提高,而且分布均匀,于是促进奥氏体相的稳定存在,同时比碳更有利于奥氏体组织的韧性改善。     

介稳奥氏体锰钢磨粒磨损与拉伸变形行为及其组织变化

通过拉伸变形和冲击磨粒磨损试验,结合X射线衍射、SEM、TEM、热图、电子探针和Mossbauer谱等分析手段以及经验价电子理论和热力学计算,研究了(4～13)Mn-1C和6Mn-(1～3)Cr-1C钢的耐磨性、合金元素与碳在基体中的分布、应变诱发马氏体相变和加工硬化机制。结果表明,在低冲击功下以6Mn-2.5Cr钢耐磨性最佳。随着冲击功的增大,介稳奥氏体锰钢的耐磨性降低,而高锰钢的增强。低温时效可提高介稳奥氏体锰钢在较高冲击功下的耐磨性。碳与合金元素原子在水韧处理状态奥氏体锰钢中以C-Me形式,在低温时效状态者中以-C-Me-C-Me-形式呈短程有序偏聚分布,并存在着合金元素原子优先处于碳的第一近邻倾向。在磨损和变形过程中,水韧处理状态介稳奥氏体锰钢诱发得到无碳马氏体和合金马氏体,无碳马氏体首先形成,合金马氏体在变形量较大的条件下产生。时效处理状态介稳奥氏体锰钢只诱发得到无碳马氏体。马氏体相变受固相奥氏体中原子间共用电子对数目控制,其值越大相变阻力越大。热力学计算表明,对于介稳奥氏体锰钢,KPC模型与实际最接近,规则溶液模型次之,LFG模型相差最大。 介稳奥氏体锰钢的加工硬化机制是应变诱发马氏体相变和剩余奥氏作的动态应变时效。其耐磨机制是磨面高度加工硬化、诱发相变提高了基体的抗疲劳性能,以     

40CrMn合金奥氏体结构及相变行为的电子理论研究

利用“固体与分子经验电子理论”的键距差分析法建立了 4 0 Cr Mn合金奥氏体的价电子结构 ,研究了合金中 Cr,Mn对其 C-曲线的影响。分析表明 :4 0钢中加入 Cr,Mn元素后 ,较强的 C-Me强键络阻碍了合金奥氏体的相变 ,从而提高了合金的淬透性 ,并引起 C曲线的拖曳效应。     

60Si2Mn钢的贝氏体形态

本文用透射电镜研究了_(60)Si~2Mn 钢的贝氏体形态,从材料价电子结构的角度讨论了原子键力对贝氏体形态和性能的影响,从而使合金元素 si 在钢中的作用更为明瞭。     

Zr对Al-Li合金晶粒细化作用的电子理论分析

运用固体经验电子理论(EET),对Al-Li-Zr合金的价电子结构进行计算.结果表明:Zr与Al原子存在强烈的相互作用,在固溶体中形成Al-Zr偏聚区.Al-Zr原子的偏聚析出的细小Al3Zr粒子,均匀弥散分布在基体中,起到抑制晶粒长大,细化Al3Li晶粒的作用.Al3Zr和Al3(Zr,Li)粒子具有较强的Al-Zr共价键,不易被位错的切割折断,因而对位错的运动有较大的阻力,对合金起到强化作用.另一方面,共格复合相Al3(Zr,Li)的析出,可以降低共格界面错配度,使得界面键合强度分布较均匀,对提高基体的韧性是有益的.     

水轮机用铬锰氮不锈钢的组织及性能研究

用XRD、SEM、TEM和Mossbauer谱仪等手段,结合经验电子理论与热力学计算,对铬锰氮不锈钢的相组成与化学成分和热处理的关系,应变诱发马氏体相变、加工硬化、气蚀抗力及其与固溶体成分偏聚的关系进行了系统研究,取得了如下成果:①首次确定了铬锰氮不锈钢固溶体的价电子结构,并从理论和实验上证明了合金元素与N或C原子以强共价键形式呈短程有序编聚分布,以及对亚稳奥氏体的马氏体相变和加工硬化的影响规律;②首次提出用Ms点变化法研究奥氏体中碳化物的等温析出动力学,该方法比目前普遍采用的定量化学相分析及TEM方法更简便、快捷且灵敏度高;③发现气蚀使亚稳奥氏体铬锰氮不锈钢表面位错密度显著增大,并诱发γ→ε、ε→α′及γ→α′转变,同时也使铁近邻合金元素原子组态在相内的分布形式发生变化。经适当热处理后,这种钢的气蚀和磨蚀抗力显著优于目前国内外广泛采用的0Cr13Ni4～6Mo和0Cr16Ni5Mo钢。④发现高氮铬锰奥氏体不锈钢的气蚀抗力与含亚稳奥氏体铬锰氮不锈钢居同一水平,气蚀过程中其表面位错密度增高,气蚀区域出现细小二次孪晶和层错。     

THE EFFECTS OF Si AND Mn ON KINETICS OF BAINITE TRANSFORMATION IN Fe-C ALLOY

通过定量金相法及Formastor 仪测定了Fe-C-Si,Fe-C-Mn 和Fe-C-Si-Mn 合金贝氏体转变动力学曲线。结果表明,用Mn 在原奥氏体晶界偏聚的影响以及溶质类拖曳说来解释Fe-C-X合金转变动力学特征是恰当的。Si 的作用在于它阻碍Fe_3C 的析出和增强Mn 的偏聚。     

Si,Mn对Fe-C合金贝氏体转变动力学的影响

通过定量金相法及 Formastor 仪测定了 Fe-C-Si,Fe-C-Mn 和 Fe-C-Si-Mn 合金贝氏体转变动力学曲线。结果表明,用 Mn 在原奥氏体晶界偏聚的影响以及溶质类拖曳说来解释 Fe-C-X合金转变动力学特征是恰当的。Si 的作用在于它阻碍 Fe_3C 的析出和增强 Mn 的偏聚。     

贝氏体相变机制

对 Fe-C_6,Fe-X-C 及 Cu-Zn 合金相变驱动力的计算表明,贝氏体在热力学上不可能以切变机制形成。钢中贝氏体宽面上存在巨型长大台阶,长大界面呈弯曲形态,显示贝氏体很可能按台阶机制长大。在一些 Fe-Ni-C 合金及工业用钢中,奥氏体强度和 B_s 之间并无简单关系,B_s 却与碳和 Fe 的扩散系数呈线性关系,贝氏体相变在鼻部温度的孕育期与含 D~v_(Fe)的函数成正比,因此至少在 B_s 至鼻部温度,贝氏体相变的发生似受 Fe 原子扩散的控制。在一个低碳 Ni-Cr 钢中,贝氏体的界面形态和马氏体的不同,贝氏的惯习面近(1711)a,与马氏体惯习面(110)_(?)相距达13.3°,说明贝氏体相变不同于马氏体相变。在接近 Ms 时,相变驱动力足够大,贝氏体形态呈切变促发特征,贝氏体相变可能为切变型。对 Ag-Cd,Cu-Zn-Al 合金,18 Cr Ni WA 钢及其脱碳试样的内耗测定揭示:在孕育期内贝氏体预相变为局域软模导致的形核过程。     

ON BAINITE FORMATION

对Fe-C_6,Fe-X-C 及Cu-Zn 合金相变驱动力的计算表明,贝氏体在热力学上不可能以切变机制形成。钢中贝氏体宽面上存在巨型长大台阶,长大界面呈弯曲形态,显示贝氏体很可能按台阶机制长大。在一些Fe-Ni-C 合金及工业用钢中,奥氏体强度和B_s 之间并无简单关系,B_s 却与碳和Fe 的扩散系数呈线性关系,贝氏体相变在鼻部温度的孕育期与含D~v_(Fe)的函数成正比,因此至少在B_s 至鼻部温度,贝氏体相变的发生似受Fe 原子扩散的控制。在一个低碳Ni-Cr 钢中,贝氏体的界面形态和马氏体的不同,贝氏的惯习面近(1711)a,与马氏体惯习面(110)_(?)相距达13.3°,说明贝氏体相变不同于马氏体相变。在接近Ms 时,相变驱动力足够大,贝氏体形态呈切变促发特征,贝氏体相变可能为切变型。对Ag-Cd,Cu-Zn-Al 合金,18 Cr Ni WA 钢及其脱碳试样的内耗测定揭示:在孕育期内贝氏体预相变为局域软模导致的形核过程。     

Al-4.5Mg-Zr-Er合金的电子理论研究

以Miedema二元合金生成热模型为基础,结合George Kaptay提出的组元间相互作用参数表达式,计算了Mg、Zr、Er与Al之间随温度变化的相互作用参数;同时运用固体与分子经验电子理论(EET),计算了Al-4.5Mg-Zr-Er合金的价电子结构.根据计算结果和电镜研究综合认为,合金溶体中Zr、Er与Al原子之间存在强烈的交互作用,可以形成Al-Zr、Al-Er、Al-Zr-Er晶胞的偏聚区.随着凝固温度的降低,在界面前沿Al-Zr-Er原子会强烈偏聚形成Al3Er相,并可能形成Al3(ZrxEr1-x)复合相粒子作为异质形核的核心,对基体的晶粒起到强烈的细化作用,以提高铝镁合金的机械性能.     

三维原子探针表征淬回火Cr-Mo-V-Ni中合金钢的元素分布

将Cr-Mo-V-Ni中合金钢在1 030℃奥氏体化保温0.5h后油淬,在600℃回火2次,每次2h。结合光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM),采用三维原子探针(3DAP)技术分析了淬火态和回火态各元素原子的三维空间分布以及碳化物内部和碳化物/基体界面处元素分布和成分变化。结果表明,淬火试样中C原子由于自回火和短程扩散出现了较为明显的片状偏聚,而其他合金原子Cr、Mn、Mo、Si、V和Ni基本分布均匀;回火试样中C、Cr、Mo和V发生共偏聚形成厚度约10nm的合金碳化物M23C6,Si原子形成一层薄薄的偏聚层包裹着M23C6,而Ni又包裹着Si原子而偏聚于最外层。     

α2合金含V、Nb、Mo相界面价电子结构计算及β相增韧机制分析

计算了含V、Nb、Mo的α2合金相界面的价电子结构.利用合金相界面价电子结构信息-界面结合因子,即异相界面共价电子密度ρ、共价电子密度差Δρ,使界面电子密度保持连续的原子状态组数σ,分析了单相α2合金与多相α2合金相界面的价电子结构.发现α2合金相界面价电子结构与合金强韧性有密切关系;延性β相的引入,不仅引进了塑性相,而且改善了α2合金薄弱的相界面电子结构与键结合,增加了界面稳定性,进而钝化了裂纹源,阻碍了裂纹扩展,提高了合金的强韧性.     

40CrMn合金奥氏体结构及相变行为的电子理论研究

利用“固体与分子经验电子理论”的键距差分析法建立了４０ＣｒＭｎ合金奥氏体的价电子结构,研究了合金中Ｃｒ,Ｍｎ对其Ｃ－曲线的影响。分析表明：４０钢中加入Ｃｒ,Ｍｎ元素后,较强的Ｃ－Ｍｅ强键络阻碍了合金奥氏体的相变,从而提高了合金的淬透性,并引起Ｃ曲线的拖曳效应。     

合金元素在12Cr1MoV固溶体中贫化的电子理论分析

计算了12CrlMoV中α—Fe、α—Fe—Me单元从20℃到700℃的价电子结构及键能。通过对比α—Fe单元的B键和α-Fe-Me单元的C键这两个等同键的价电子结构参数及键能，从价电子层次，对12CrlMoV固溶体中合金元素的贫化进行了分析。发现同温下Mo贫化的最严重，Cr其次，V几乎不变，而且随温度升高，各种合金元素的贫化加剧。     

奥氏体中Fe-C-Me晶胞原子杂化状态的确定

本文以一元合金奥氏体为研究对象,应用原子状态判定因子w来确定Fe-C-Me晶胞中各原子的杂化状态.分析结果表明,Fe-C-Me晶胞中FeC、Fef原子的杂化状态因Me原子的作用而与Fe-C晶胞中的FeC、Fef原子的杂化状态相比发生了改变,不同的Me原子使FeC、Fef原子的杂化状态发生改变的程度不同.在FeC-Cr晶胞中,Cr、FeC、Fef原子的杂化状态分别为A8(或A7)、B14和B15;在Fe-C-W晶胞中,W、FeC、Fef原子的杂化状态分别为C1(或C2)、B13和B14;在Fe-C-Si晶胞中,Si、FeC、Fef原子的杂化状态分别为A3(A1或C2)、B15和B16(或B17);而在Fe-C-Mn晶胞中,Mn、FeC、Fef原子的杂化状态则分别为C11、B14(或B13)和B15.     

3Cr2Mo塑料模具钢连续冷却相变行为

为了调节塑料模具钢3Cr2Mo的组织,以实现在线预硬化,使用Gleeble1500热模拟试验机、光学显微镜以及透射电子显微镜等研究3Cr2Mo钢变形及未变形奥氏体的连续冷却相变行为及相变组织.实验结果表明,3Cr2Mo钢奥氏体稳定性较高,在所研究的实验条件下,连续冷却过程中没有出现先共析铁素体和珠光体,而是发生贝氏体和马氏体相变.热变形使奥氏体发生了机械稳定化,贝氏体相变推迟到较低温度下才完成.随着冷却速度的降低,贝氏体的形态由常规板条状变成粒状,最终可获得粒状贝氏体组织.     

热力学在材料工程中的应用

示例简介热力学在材料工程中的应用。应用相图热力学计算了 Fe—C—N 相图580℃的等温截面,作为 C、N 共渗处理的参考;和计算了钢中α/γ平衡相界,供双相钢及临界区热处理工艺制订的依据。以热力学方法计算 Fe——C、Fe—X、Fe—X—C(Fe—Ni—C、Fe—一Cr—C、Fe—Mn—C 及 Fe—高 Ni—C)和多元低合金钢,包括渗 C、N 后渗层的 Ms.建立磷在奥氏体晶界偏聚的模型。分析了回火马氏体脆性的机制。以热力学判定贝氏体相变的机制。对材料的裂纹扩展和晶界断裂作了热力学讨论。     

Ni50Mn38-xIn12Fex多晶合金的马氏体转变和磁转变特性

详细研究了Ni50Mn38-xIn12Fex(x=0,3,4,5,6)合金体系中Fe取代Mn对合金马氏体相变行为及磁学性能的影响.发现当x≤4时,合金表现出由B2结构的奥氏体向正交结构的马氏体转变的相变行为,而当x≥5时该相变被完全抑制.当Fe对Mn的取代超过3％时,合金的显微结构中出现y相,并发现其数量随Fe含量的增加而增加.γ相的形成改变了合金基体相成分,进而带来了基体相e/a(每原子的电子浓度)值的变化,研究结果证明合金的一系列性能改变均与基体相e/a值的变化相关.第一,基体相e/a(每原子的电子浓度)值随着Fe含量的增加而迅速减小,导致了合金马氏体相变温度、相变潜热及相变熵变的降低.第二,Fe的引入有效地增强了合金基体相的铁磁性能,提高了合金的居里转变温度和合金的磁化强度.详细阐述了Fe的引入是合金马氏体相变及磁学性能变化的本质原因.