Fe-Ni基合金时效过程中γ'相析出的原子探针层析技术研究

将一种Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金在980℃固溶后水淬,在620℃经过不同时间时效。利用硬度测试及原子探针层析技术(APT)研究时效过程中g'相的析出行为及其对材料硬度的影响。结果表明,当时效时间小于6 h时,合金硬度增加较快,由时效前的145 HV迅速增加至205 HV,随后硬度增加速率缓慢;时效120 h时,硬度为251 HV。APT结果表明,合金经固溶处理后,合金元素均匀分布在基体中。在时效最初阶段,Ti发生了较为明显的偏聚,形成含有Fe、Ni和Al等元素的富Ti纳米团簇。随着时效时间延长,富Ti纳米团簇中的Ni和Al原子的含量逐步增多,而Fe、Cr及Mo等原子的含量不断减少;当时效至120 h时,团簇中Ni与Ti+Al比值近似于3,即已完全形成g'相,表明g'相析出是形核-长大过程。合金硬度的变化与时效过程中g'相的数量密度和体积分数有关。     

基于团簇模型的高强度马氏体沉淀硬化不锈钢成分设计

利用"团簇加连接原子"结构模型研究了马氏体沉淀硬化不锈钢的成分特征,结果表明,此类钢的基础三元Fe-Ni-Cr高温奥氏体下限成分对应团簇成分式[NiFe₁₂]Cr₃,其中NiFe₁₂为fcc结构,Ni为中心原子,其与12个Fe原子配位构成立方八面体团簇,Cr为连接原子.以[NiFe₁₂]Cr₃为基础成分式,根据团簇式自洽放大和相似组元替代原则,添加C,Mo,Nb和Cu形成多元新合金,采用铜模吸铸快冷技术制备合金,并在1323 K保温2 h进行固溶处理后水淬,然后再在753 K保温4 h进行时效处理.结果表明,固溶和时效后的系列合金的组织和性能随合金化组元的种类及含量发生变化,其中{[(Ni₁₃Cu₃)Fe₁₉₂](Cr₄₅Mo_2.5Nb_0.5)}C₁合金在时效处理后具有较高的硬度和拉伸强度,其硬度为397 HV,屈服强度为971 MPa,抗拉强度为1093 MPa,该成分合金在3.5%NaCl（质量分数）中性溶液中具有优良的耐蚀性能.     

固溶温度对Fe-Ni-Cr合金力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)研究了固溶处理温度对Fe—Ni—Cr合金的组织和力学性能的影响。1000℃固溶处理及时效条件下，Fe—Ni—Cr合金的强韧性较好，σb、σ0。2高达1277MPa及985MPa，δ、Ψ值分别达到25％、43％；随着固溶温度的提高，强度及韧度指标明显下降；固溶温度超过1100℃后，合金中TiC相逐渐溶解，奥氏体晶粒明显粗化；固溶温度较高时，沿晶界析出的薄片状M3B2，间隙相，导致Fe—Ni—Cr合金强韧性不同程度的下降。     

Cr20Ni80镍铬合金电热丝的热处理

通过研究固溶温度和时效温度对Cr20Ni80镍铬合金电热丝硬度、电阻率和线膨胀系数的影响,以确定Cr20Ni80合金的固溶及时效工艺.结果表明,最佳处理工艺为1150℃固溶处理+930℃×10h时效,电热丝的线膨胀系数明显下降,而电阻率无明显变化.     

基于团簇结构模型的镍基高温合金成分设计

应用“团簇加连接原子”结构模型对镍基高温合金成分进行了解析,指出了这些合金均源自基础团簇式[Cr-Ni12]Cr3,其中[Cr-Ni12]为在FCC结构中以Cr为心的立方八面体团簇,搭配以3个Cr作为连接原子.根据合金化组元与基体Ni的混合焓大小确定其在团簇式中的位置,最终形成多元合金化后的团簇式[(Al/Ti/Nb)-(Ni/Fe/Co)12](Cr/Al)3.采用铜模吸铸快冷技术制备φ10 mm的合金棒,并对其在1373 K保温2h后空冷.结果表明团簇式中含有一个Al时会有细小的γ'相析出,含有两个Al时[Al-(Ni10Fe2)](Cr2Al)合金中γ'相球形析出,粒子尺寸为30 ～ 60 nm;硬度测试表明前者强化效果不明显,后者由于γ'粒子长大使得合金硬度提高.当Al/Ti/Nb等比例占据团簇心部时,[(Al1/3 Ti1/3 Nb1/3)-(Ni10 Fe2)]Cr3合金的硬度最高,为2.86 GPa.     

低Nb含量Ti-Mo-Nb-Zr-Sn BCC低弹性模量固溶体合金的成分设计

依据BCC结构中的"团簇加连接原子"模型确定Ti-Mo二元团簇式[MoTi14]Mo1为基础成分式,根据合金化组元Sn、Zr和Nb与基体Ti的混合焓实现其在基础成分式中的组元替换,从而形成多元成分式[(Mo,Sn)(Ti,Zr)14]Nb1。利用铜模吸铸快冷技术制备d 6 mm合金棒状样品,并对其进行950℃保温2 h并水淬。组织结构分析和拉伸力学性能结果表明:低模量Sn、Zr和Nb分别取代基础成分式中高模量的Mo时形成的三元BCCβ-Ti合金结构稳定,且具有较低的弹性模量;当Mo0.5Sn0.5占据团簇心部,Nb作为连接原子,Zr替代部分Ti时形成的低Nb含量的β-Ti合金[(Mo0.5Sn0.5)(Ti13Zr)]Nb1(Ti68.10Mo5.25Sn6.50Zr9.98Nb10.17,质量分数,%)具有最低的弹性模量(为43 GPa),且断裂强度σb为569 MPa,应变ε为5.6%。     

0Cr17Ni7Al不锈钢

正0Cr17Ni7Al是沉淀硬化型不锈钢,美国牌号631。因添加铝在海水和其他各种介质中,耐腐蚀性比0Cr19Ni9好。主要用作耐点蚀材料如弹簧、热圈及计器部件。力学性能:抗拉强度σ_b固溶态≤1030 MPa、565℃时效≥1140 MPa、510℃时效≥1230 MPa;条件屈服强度σ_(0. 2)固溶态≤380 MPa、565℃时效≥960 MPa、510℃时效≥1030 MPa;伸长率δ_5固溶态≥20%、565℃时效≥5%、510℃时效≥4%;断面收缩率ψ565℃时效≥25%、510℃时效≥10%;硬度固溶态≤229 HB、565℃时效≥363 HB、510℃时效≥388 HB。执行标准:GB/T 1220—1992。     

基于团簇和胶粘原子模型的(Fe-Ni)-B-Y-Nb块体非晶合金

应用团簇+胶粘原子模型在三元Fe-B-Y合金系中设计三元合金成分,选择最密堆的CN10 Archimedes八面体反棱柱Fe8B3作为基本团簇,Y为胶粘原子。在此基础上添加3at%Nb作为微合金化元素形成四元合金。以适量的Ni替换Fe,形成五元合金[(Fe100-xNix)8B3-Y]97-Nb3。结果表明,当Ni的含量小于30at%时,均可形成直径为2 mm的块体非晶合金,其中,合金[(Fe94Ni6)8B3-Y]97-Nb 3具有最大的Tg、Tx和Trg值,分别为：884 K、972 K和0.634。     

基于团簇和胶粘原子模型的(Fe-Ni)-B-Y-Nb块体非晶合金

应用团簇+胶粘原子模型在三元Fe-B-Y合金系中设计三元合金成分,选择最密堆的CN10Archimedes八面体反棱柱Fe8B3作为基本团簇,Y为胶粘原子。在此基础上添加3at%Nb作为微合金化元素形成四元合金。以适量的Ni替换Fe,形成五元合金[(Fe100-xNix)8B3-Y]97-Nb3。结果表明,当Ni的含量小于30at%时,均可形成直径为2mm的块体非晶合金,其中,合金[(Fe94Ni6)8B3-Y]97-Nb3具有最大的Tg、Tx和Trg值,分别为:884K、972K和0.634。     

喷射成形A356铝合金组织及力学性能的研究

采用自行开发的控制往复喷射成形专利技术,以产业化规模制备了铝合金锭坯,研究了对传统铸造A356铝合金的组织及其力学性能的影响.结果表明:喷射成形态合金组织均匀,致密度达到95.8%;挤压态合金中均匀分布大量细小Si颗粒;固溶温度为540℃,时效温度为160℃,时效10 h时硬度达到峰值,继续延长时效时间对硬度值影响甚微;经过固溶时效处理的A356铝合金常温抗拉强度σb=337 MPa,屈服强度σ0.2=281 MPa,伸长率δ5=18.3%,分别提高21.2%,35.7%,205%.     

固溶温度对22Cr双相不锈钢组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析、透射电镜和性能测试等方法,研究了固溶温度对22Cr双相不锈钢显微组织和性能的影响.结果表明:在950～1150 ℃范围,实验钢中α、γ两相含量与固溶温度呈近似直线关系;材料的显微硬度(HV)和强度(σb)先降后升,在1050 ℃时达到最小值;当固溶温度为950 ℃,组织中出现了σ相,σ相是导致22Cr双相不锈钢塑性、韧性下降的主要原因;随着固溶温度的升高,Cr、Mo的分配系数K变小,Ni的分配系数K增大,表明合金元素在α和γ相中浓度差别变小.     

La，Fe（或Co）／Ti对Cu-Cr-Zr合金时效特性的影响

研制了新型集成电路引线框架Cu-Cr-Zr系列合金，通过电导率、硬度、抗拉强度测试以及透射电镜观察，考察了微量合金元素La，Fe／Ti，Co／Ti元素以及时效工艺对合金性能的影响。结果表明：稀土元素La可以改善A合金(Cu-Cr-Zr-Zn)的硬度及导电率；加入Fe／Ti，Co／Ti元素，大大提高了合金的强度和硬度，并使其时效的强度及硬度峰值延后。在970℃固溶处理、70％冷变形及不同温度时效2h后，A合金(Cu-Cr-Zr-Zn)及B合金(Cu-Cr-Zr-Zn-La)在450℃时达到硬度和强度峰值，分别为HV1770MPa和525MPa及HV1840MPa和554MPa，电导率分别为78％和80％IACS；在970℃固溶处理，60％冷变形，500℃时效2h，50％冷变形及不同温度2次时效2h后，C合金(Cu-Cr-Zr-Zn-Fe-Ti-La)及D合金(Cu-Cr-Zr-Zn-Co-Ti-La)在450℃时达到硬度和强度峰值，分别为HV2120MPa，683MPa及HV2040MPa和651MPa，电导率分别为65％和70％IACS。     

Cu-Cr-Fe合金的时效析出行为

采用真空熔炼方法制备了Cu-0.32Cr-1.82Fe、Cu-0.33Cr和Cu-1.87Fe合金,随后分别进行了固溶-时效和固溶-冷变形-时效处理.采用XRD物相分析、点阵参数测量、硬度和电导率测试等手段,研究了合金在不同热处理状态下的时效行为.结果表明,同时添加Cr、Fe元素能够显著提高合金硬度,但对导电性能影响不大.Cu-0.32Cr-1.82Fe合金经1 000℃×2 h固溶处理、80%变形,在480℃时效60 min后其硬度(HV)和电导率分别可达215和31.9 MS/m.     

双级固溶处理对2A14铝合金组织和力学性能的影响

通过拉伸试验、金相观察、扫描电镜、透射电镜等手段研究了不同双级固溶处理对2A14铝合金力学性能及组织的影响。结果表明:双级固溶获得了较高程度的过饱和固溶体,仅发生了部分再结晶;最佳双级固溶工艺为:470℃×2 h+510℃×1 h,采用该工艺并经160℃×8 h时效后,合金的拉伸力学性能达到σb=508.4 MPa,σ0.2=422.7 MPa,δ=14.9%;经双级固溶后,Al2Cu相已基本完全溶解,未溶相主要为富含Fe、Si的杂质相,其拉伸断口呈现出典型的韧窝型断裂;时效后合金中的主要强化相为S′相,且在470℃×2 h+510℃×1 h二级固溶并时效后的析出相较单级固溶的数量更多且细小均匀,因而获得了更高的析出强化效果。     

固溶温度对铸造双相不锈钢Cr25Mn10Mo4Ni2N组织及耐蚀性影响

通过中频感应炉熔炼制备了经济节Ni型铸造双相不锈钢Cr25Mn10Mo4Ni2N,利用OM、XRD、SEM和电化学工作站研究了1000~1150℃温度区间对其显微组织及固溶处理后在人工海水中耐蚀性能的影响。结果表明,固溶温度处于1000~1100℃区间时,材料的组织由α、γ及σ相组成。随着固溶温度升高,σ相的形貌由细小岛状向粗大岛状变化,且数量不断减少。当固溶温度升高至1120℃时,σ相完全消失,组织仅由α和γ两相组成。节Ni型双相不锈钢Cr25Mn10Mo4Ni2N经1120℃固溶时,其腐蚀电流密度最小,电荷转移电阻最大,耐蚀性能最佳;1150℃固溶时,耐蚀性能次之;在1020~1100℃温度区间固溶时,随着温度的升高σ相含量减少,材料耐蚀性能越好。     

电脉冲处理对预变形Fe13Mn6Si13Cr4Ni0.1C合金形状记忆效应及显微组织的影响

研究了电脉冲处理对预变形Fe13Mn6Si13Cr4Ni0.1C合金形状记忆效应及其显微组织的影响。结果表明：电脉冲处理能加速Cr和C原子的迁移及Cr23C6碳化物的析出,降低时效温度,缩短时效时间,并能诱发Cr23C6碳化物的形核。因此,与10%拉伸预变形后再973K,1073K时效的合金相比,10%拉伸预变形后300V,1100μf,1Hz电脉冲处理的Fe13Mn6Si13Cr4Ni0.1C合金,其形状回复率能在300s时间内从固溶态合金的32%提高到87.2%。     

机械合金化制备304不锈钢显微组织与性能研究

通过机械合金化制备了304不锈钢粉末并在高温高压下烧结成块,对比研究了块材在固溶热处理前后的力学性能和耐腐蚀性能演化。结果表明,经过8 h棒磨之后的Fe、Cr、Ni混合粉末实现固溶并获得BCC亚稳结构,经过烧结后发生BCC向FCC转变,最终获得接近FCC单相的纳米晶结构;由于细晶强化作用,抗拉强度高达900 MPa左右。经过固溶处理后,机械合金化的304不锈钢的抗点蚀性能大幅度提高,超过了标准304不锈钢。     

固溶时效处理对Al-Cu-Mn-Er铸造合金力学性能和显微组织的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、XRD、DSC测试、硬度测试和拉伸试验等,研究了不同固溶时效处理对Al-Cu-Mn-Er合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金的最佳固溶时效制度为540 ℃固溶12 h、185 ℃时效6 h。该固溶制度下无过热或“过烧”现象,溶质原子充分扩散,铸造过程产生的残留相大量回溶基体,此时,合金硬度值最高,为142.28 HV0.1,抗拉强度为370.37 MPa,屈服强度为300.34 MPa,伸长率为6.50%。     

基于团簇式设计方法的高强导电Cu-Ti合金成分优化

采用了一种新的团簇成分式合金设计方法,对高强导电Cu-Ti合金进行了成分优化和实验验证。根据团簇加连接原子结构模型,Cu-Ti面心立方固溶体的高稳定性化学近程序结构单元可表述为团簇成分式[Ti-Cu_(12)]Cu_(3,6),其中[Ti-Cu_(12)]为以溶质原子Ti为中心的第一近邻配位多面体团簇,并搭配以3或6个连接原子。经过固溶处理(1173 K/2 h)和时效(723 K/4 h)处理,合金[Ti-Cu_(12)]Cu3(质量分数Cu-4.8Ti)的维氏显微硬度为304 MPa,导电率为9.8%IACS,[Ti-Cu_(12)]Cu_6(Cu-4.0Ti)的维氏硬度为283 MPa,导电率达11.3%IACS,其中后者导电性能相当于日本的Cu-3.39Ti合金,且成分点位于性能对成分变化不敏感区域。     

喷射成形7055铝合金热处理工艺与力学性能的研究

主要研究了喷射成形7055铝合金经过反挤压成型以及热处理后的金相显微组织和力学性能.对挤压态合金进行固溶处理和时效处理后得到了时效硬化曲线并进行了力学性能测试.结果显示:480℃×2h的固溶制度为最佳固溶制度;通过测试硬度值确定最佳单级时效制度为120℃×18h,其硬度可达209HV.抗拉强度为692.12MPa,伸长率为3%.为了进一步提高该合金的伸长率,又对固溶处理件进行双级时效处理(120℃×3h 160℃×4h),其硬度为205HV,抗拉强度为683MPa,伸长率为9.5%.