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第十届全国固态相变凝固及应用学术会议

第十届全国固态相变凝固及应用学术会议

  • 召开年：2012
  • 召开地：苏州
  • 出版时间： 2012-05-16

主办单位：中国金属学会

会议文集：第十届全国固态相变凝固及应用学术会议论文集

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  • 摘要：相变基础研究是材料科学与工程的一项重要研究项目。具扎实物理学基础的研究人员，以文献评述出发，应用物理原理或(和)现代实验技术对某一相变的机制、热力学、动力学、晶体学或形态学发现或建议新的理论概念。文中列出一些例子。研究成果宜在域内小组讨论会、国内学术讨论会和国际会议上作广泛研讨。
  • 摘要：本文主要介绍了特殊上贝氏体形态,分析了钢的成份及热处理，金相组织特征，说明了特殊上贝氏体的转变过程，当过冷奥氏体以一定速度冷却到5800C时，铁素体领先析出，铁素体形成之后向两侧排碳，两侧含0. 55%C的奥氏体的含碳量不断增加，而且更加稳定，直到铁素体和富碳奥氏体建立界面平衡，并指出了钢的贝氏体转变类型。
  • 摘要：具有规整的1.5-10 nm孔道结构以及大比表面积的介孔材料可以应用于催化、光学、电学、传感、药物传输、吸附、声学以及电源绝缘等方面。而自从Mobil科学家成功制备了具有规则有序孔道的硅基介孔材料M41S之后，大量研究者将精力投入到利用各种有机模板来制备功能性介孔无机或有机-无机复合材料。然而，利用离子型表面活性剂为模板合成的非硅介孔材料，其孔道无序导致了产物的热稳定性和机械性能较差，限制了材料在诸多领域的应用，而利用聚合物模板可以制备出高结晶度和多级规则有序的非硅氧化物介孔材料如纳米点阵介孔材料，因而该方向研究正逐渐成为热点。本文主要对此材料的合成及催化性能进行了研究。
  • 摘要：本文提出了一种低压脉冲电流细晶技术，利用自制的交流变频调制低压脉冲电流发生装置，研究了低压脉冲电流作用下A357合金组织的细化规律。实验结果表明：低压交流脉冲可实现铸件的整体细化，细化晶粒的电流密度存在一个阈值和饱和值；脉冲电流会导致冷却速率产生明显波动，且频率和幅度随电流密度增加而增大；脉冲电流对合金凝固的形核过程产生重要影响，通过在形核阶段提供一个附加能量，降低形核势垒，导致晶核增值，晶粒组织细化。
  • 摘要：本文采用高速摄影技术对深过冷Ni81.3Sn18.7共晶合金熔体的再辉过程进行了原位观测，并利用金相显微镜、扫描电子显微镜及EBSD技术对合金的凝固组织进行了表征。结果发现，样品的再辉界面形貌和凝固组织都具有一致的方向性，这表明合金的晶体生长速率是可以测量的。在中等过冷度时，晶体的生长速率存在突然增大现象，这主要是由于晶体生长方式改变引起的，即两相共生生长转变为单相枝晶生长。在过冷度202K的样品中，凝固组织出现两种不同大小和取向的反常共晶，这进一步证实了反常共晶源于两种不同的起源。
  • 摘要：磁性形状记忆合金兼有两种典型的固态相变，即热弹性马氏体相变和磁性转变。其马氏体相变可以由磁场控制，并呈现出丰富的物理效应。因此，磁性形状记忆合金作为一类新型多功能材料一直是近期研究热点。我们以典型的磁性形状记忆合金NiMnGa 以及自主设计的NiCuMnGa 合金为对象，系统研究了其磁相变现象。研究表明，磁性形状记忆合金具有灵活可控的热磁耦合相变特征。我们通过成分设计在三元NiMnGa 合金中获得了从铁磁马氏体到顺磁奥氏体的热磁耦合相变，进而实现了磁场诱发正马氏体相变。并发现磁场诱发正马氏体相变及其磁热效应具有强烈的热磁历史效应。在NiMnGa 合金的基础上，通过少量Cu 掺杂则有效调控了马氏体相变和磁性转变顺序，在NiMnGaCu 合金中获得了从顺磁马氏体到铁磁奥氏体的热磁耦合相变，并在宽成分范围内均实现了室温磁场诱发逆马氏体相变。基于磁场诱发相变，我们获得了显著的磁热和磁阻效应。磁性形状记忆合金有望发展为一类新型多功能材料。
  • 摘要：电动脉冲修正(EP,布洛克)是一种新型的液态金属晶粒细化方法。在这部作品中,结构的改性al- 5%-铜熔化特点是通过使用high-temperatureX-ray衍射仪。结果表明,铜含A1集群显著提高ep改性融化,作为第一个峰的结构因子曲线表现出一种明显的减少。此外,这些集群在这种情况下趋势由于减少的合同相关的原子radiusand协调号码。这种液相结构会导致一个更homogeneousCu-rich相分布在最后凝固结构。差示扫描量热法(DSC)测试表明了凝固过冷度对ep改性液相是2.36 timesthan,未修改的。这些事实表明,原子簇的变化在ep改性al- 5%-cumelt会不同意假设模型提出了按照液体纯金属。
  • 摘要：钢中奥氏体晶界的迁移主要发生在钢材加工、处理所涉及的一些加热过程中，如热轧前的 加热、热轧和焊接。在这些过程中，钢中奥氏体晶界受降低界面能的热力学驱动力作用而发生 迁移，使得奥氏体晶粒粗化。当钢中有第二相析出颗粒存在时，将会对晶界产生钉扎作用，从 而延缓晶界的迁移。但在高温，第二相也倾向于粗化以降低界面能。rn 本文运用热模拟技术、透射电子显微术等对含Nb, Ti, Mo，等多元微合金钢在变温及恒温过程中其碳氮化物的回溶过程进行了化学分析和结构分析，跟踪了各个温度阶段合金元素的溶解含量，并对其结构演化进行了定性研究。同时，定量地测量了奥氏体晶粒的长大特征，并把其长大尺寸和同时的保温温度时合金元素的回溶量进行了对比，发现不同合金元素回溶不同量时与其晶粒长大尺寸有一定的对应关系。
  • 摘要：本文采用相场法建立了共格纳米多层膜互扩散动力学模型，并利用该模型研究了共格应力和空位源对界面锐化的影响规律。该相场模型考虑了两种空位源分布情况：(1)空位源密集而 均匀地分布在多层膜内，始终维持平衡空位浓度作为局部应力和成分的函数；(2)空位源不存在 多层膜内，空位的扩散将会导致空位浓度偏离其平衡值。研究结果显示，界面锐化是由扩散系 数沿界面分布的不对称性所引起的，实际上起源于多层膜两组分空位形成能或空位迁移能的巨大差异。
  • 摘要：金属体系中添加稀土元素能够显著改变物理性能，Gd 系稀土材料由于其优异的特殊性能，已广泛应用于磁、光材料等领域，目前正在继续探索其在磁、光、核材料等多领域的性能。已获得应用的Gd 系材料有：磁性管阀、磁致伸缩材料、光学玻璃材料、X 射线增感屏、荧光材料。正在研究开发的Gd 系新材料有：磁光材料、磁泡材料、电容器、荧光材料、核反应堆结构材料、核反应堆控制材料、核反应堆屏蔽材料。Gd 是正在研究开发的所有稀土系材料中涉及领域最多的一种稀土元素，特别是在磁制冷材料方面，近年来获得了突破性进展，加速了制冷技术的磁制冷时代的到来。随着科学技术不断的发展，更具优异性能的Gd 系稀土功能材料将被研制开发应用，造福全人类。
  • 摘要：在多元复杂高温合金凝固时，常存在着严重的微观偏析和宏观偏析。而宏观偏析一旦产生，就很难被消除，极大降低了生产效率。宏观偏析中最常见的缺陷是黑斑，又称为通道偏析，一 般认为黑斑形成是由于糊状区枝晶间液相和生长前沿液相存在密度差促使某种形式的液体对流 而产生的，因此认为热溶质对流是促使黑斑形成的主要原因。枝晶间液体失去稳定性的转变点 被定义为临界黑斑指数。由于对流是热动力学不稳定的结果，所以通常用无量纲参数Rayleigh 数作为糊状区的黑斑判据。Rayleigh 数的定义是指液体浮力相对于粘滞力的比值，经常用于表 征非稳定系统中液体流动的开始。Rayleigh 值越高，液体中对流趋势越强烈，形成黑斑的趋势 也越强烈。
  • 摘要：研究过冷奥氏体转变产物的形核规律具有重要理论价值。采用20MnCrMo 等材料，奥氏体化后在不同温度进行等温处理，得珠光体、贝氏体、马氏体等产物，应用QUANTA-400 型扫描电镜、JEM-2100 透射电镜等观察各种相变的形核。发现：珠光体、贝氏体、马氏体均优先在奥氏体晶界处形核，下贝氏体、马氏体也在晶内形核。珠光体晶核由共析铁素体+共析渗碳体两相组成，共析共生，在700～650 ℃，珠光体临界晶核尺寸. * r 150～ 70nm；临界形核功155～292J/mol。贝氏体在奥氏体的贫碳区形核，晶核是单相（BF），其临界尺度a*=16.7～25nm，临界形核功△G*=2.7×102J/mol。马氏体的临界晶核尺寸约为7～20nm，形核功约为200～ 600J/mol。表明随着温度的降低，临界晶核尺寸越来越小，而形核功越来越大。过冷奥氏体转变产物的形核是一个逐渐演化的过程，符合相变形核的一般规律。
  • 摘要：C和B 是定向镍基高温合金中的重要晶界强化元素。C的加入可以提高合金的纯净度，改善 合金可铸性，减少晶粒缺陷等。高难熔元素含量（Re、Ru）的高代次镍基高温合金具有更高的 高温力学性能和应用前景。研究C和B的添加对高Re 镍基合金凝固组织的影响有助于深化微量元素在高代次镍基合金中作用机理的认识。本文以一种高Re（5wt.%）的镍基高温合金为基础合 金，分别添加0.04wt%C, 0.085wt%C, 0.065wt%C和0.14wt%B, 0.085wt%C和0.010wt%B，形成 5种不同成分的合金。采用示差扫描热量分析（DSC）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等方 法分析了微量元素添加对高铼镍基合金凝固组织的影响。本文结果表明随着碳含量的增加，碳化物数量和尺寸都逐渐增大，碳化物的形态没有改变，以汉字状为主(图1)。在含碳量为0. 085wt.%的合金中添加硼后碳化物的形态没有发生变化，碳化物的体积分数也明显降低了。碳和硼的添加对于一次和二次枝晶间距的改变不是很大。
  • 摘要：本文基于光学显微镜、电子扫描显微镜、X 射线衍射技术、EDS 及DSC 差热分析，分析研究了共晶组织细化和相究了电磁场作用下添加第三组元Ti 对二元小平面Ni31Si12-Ni2Si 共晶合金凝固组织的影响。实验结果表明：随着Ti（~ 4%wt）的添加，二元小平面Ni31Si12 i2Si 共晶合金的硬度、关的机械性能变化机制。
  • 摘要：二元偏晶合金相图最显著的特点是存在液相不混溶区，当温度降低到此区域时合金熔体将分离成两个互不相溶的液相.由于这两个液相通常存在密度差，在地面条件下重力引起的浮力 对流使合金熔体发生分层现象[1,2].微重力环境能够有效地消除重力对流的影响，然而在此条件下有时并非能得到均匀的组织，反而通常形成壳-核组织。rn 本研究采用透明溶液体系H20-PVME和SCN-H20实时观测不混溶区的相分离过程.分别设计了恒温场和温度梯度场，在恒温场中采用H20-PVME体系实时观测记录调幅分解和形核长大过程，对应的成分分别为H20-7wt%PVME, H20-3wt%PVME溶液，实验结果如图1和图2所示.在温度梯度场中采用SCN-H20体系实时观测记录分层现象，所选成分分别为SCN-30wt%H20,SCN-80wt%H20溶液，其相分离均为形核过程.对于任一特定的成分，都分别选用玻璃和聚四氟乙烯两种不同的封装器壁，它们对生成的富水或富SCN第二相小液滴的润湿性是不同的，边缘处的实验结果等。
  • 摘要：近几十年来，非平衡凝固技术已在亚稳相材料制备方面得到广泛应用。材料制备过程中液/固相变的非平衡性大大增强，近平衡凝固条件下所遵循的一些规律已不再适用。因此，深入研 究非平衡凝固动力学及其组织演化规律，建立非平衡凝固宏观-微观理论体系，不仅具有重要的 科学意义，而且蕴含着潜在的工程应用前景。rn 本文结合凝固动力学模型，提出了改进的晶粒细化模型。该模型可预测枝晶碎断时间和中间液相完全凝固时间;且无需借助于实验数据，即可预测组织转变发生的临界过冷度。模型应用到过冷Ni-15at.%Cu合金凝固过程，理论预测与实验结果吻合较好。
  • 摘要：B4C陶瓷具有密度低、硬度高、化学稳定性好等优点，在装甲防弹领域得到广泛应用。但是单一B4C陶瓷断裂韧性很低，从而限制了应用。为了改善B4C陶瓷的韧性，金属钛、铜、镁、铝等与碳化硼的复合材料受到研究人员的普遍关注。其中，金属Al具有韧性好，而且密度与B4C相近，因此Al与B4C的复合材料成为研究的热点。本论文采用半连续铸造法与热轧相结合的工艺提出了一种全新的金属陶瓷层状复合材料的制备方法，该复层材料的外层为金属Al，中间为B4C陶瓷颗粒增强的Al基复合材料。这种材料结合了陶瓷颗粒增强的金属基复合材料和层状复合材料的优点，可利用外层金属Al的韧性及延展性来满足装甲材料对抗冲击性能的要求，利用B4C陶瓷材料的高硬度、高弹性模量来满足装甲要求的抗侵彻能力，满足了装甲要求；此外，外层金属的良好韧性和可焊接性使它具有广阔的发展前景。实验在自制的半连续铸造装置上进行，采用不锈钢结晶器，内外层之间通过环形不锈钢挡板隔开。实验所用的原材料为工业纯铝锭、工业铝粉和B4C粉（72μm）。外层的纯铝在电阻炉中熔化。为了铸造过程的顺利进行，铸造的工艺参数只能在一定范围内调整。实验的工艺流程如下：成分设计—熔炼除渣—浇注—半连续铸造—取样。将得到的铸锭在200型轧机上进行多道次的热轧处理，得到最终的层状复合材料样品。使用线切割机切割成尺寸为10mm×10mm×5mm的试样，经磨制、抛光、腐蚀后,进行检测。采用日本岛津公司XRD-6000型X射线衍射仪测定产物的相组成，测试条件为Cu靶Kα辐射，工作电压为40 kV。采用日本电子生产的JSM-5600LV型扫描电子显微镜上观察试样中间层、界面处和切断断口的显微形貌，并结合电子探针进行微区成分分析。采用显微维氏硬度计测定试样的显微硬度，负载为1kg，加载时间为5s。实验结果表明：样品中主要相组成为Al 与B4C。通过对样品各部分的成分测定、微观组织观察以及力学性能测试表明使用半连续铸造法与热轧法结合制备金属陶瓷层状复合材料具有操作上的可行性。
  • 摘要：深入研究马氏体相变机理具有重要理论意义和应用价值。本文对于马氏体相变理论的研究情况进行了概括和评价。指出马氏体相变的切变机制缺乏试验依据和热力学可能性，存在严重误区，是不成熟的学说，应开展新机制的研究，开创马氏体相变理论研究的新局面。
  • 摘要：本文在Gleeble1500D 实验机下采用热压缩应力松弛方法研究了三种不同Mn 含量（0.5%Mn、1.0%Mn和1.5%Mn）和一种含1.5%Mn-0.2%Mo的Ti 微合金钢中的形变诱导析出动力学。四种Ti 微合金钢基本化学成分为0.045%C-0.10%Ti。应力松弛实验采用单轴压缩方法，变形量为20%，变形速率为0.1s-1，变形温度为875oC-975oC，松弛时间为30min。利用透射电镜（TEM）碳复型法观察和表征不同松弛时间样品中的析出物的结构、成分、形貌、尺寸及分布。松弛实验结果表明，在低于975oC 进行变形，四种实验钢松弛曲线（除875oC 下的0.5%Mn和1.0%Mn 钢）在某一松弛阶段均出现应力“平台”，该现象表明形变诱导析出现象的发生。定义松弛应力平台的开始与结束点为析出的开始与终了点，获得了析出-时间- 温度（PTT）曲线。四种钢的PTT 曲线均基本呈现“C”形，鼻子点温度均在900oC 左右，此现象表明Mn 含量的增加与Mo的添加对PTT 曲线的鼻子温度影响不大。然而，随着Mn 含量的增加，析出开始时间，即析出孕育期被推迟，增加Mn 含量从0.5%Mn 到1.5%Mn，析出孕育期被推迟约1/3时间数量级。添加0.2%的Mo 使得析出孕育期进一步被推迟约1/3时间数量级。透射电镜分析表明，仅含Mn的Ti 微合金化钢中的形变诱导析出相类型为纯TiC，晶体结构为面心立方食盐结构。析出初期，随着Mn 含量的增加，碳膜上的形变诱导析出相的数量与尺寸均减少，此现象证实了Mn 对TiC 析出孕育期的推迟作用。在析出中间阶段，高 Mn 含量的Ti 微合金钢中的TiC 析出相仍较低Mn 含量钢的细小，表明Mn 对TiC 长大速度的减缓作用。在析出后期，高Mn 含量钢中的TiC 析出相的尺寸逐渐赶上并超过低Mn 含量的钢，此现象表明Mn 对TiC 析出相的粗化是起加速作用的，这与对TiC的形核和长大的影响是相反的。含Mo的Ti 微合金钢中的形变诱导析出相为（TiMo）C 三元析出相，晶体结构仍为面心立方食盐结构。相比于不含Mo 钢，含Mo 钢中的形变诱导析出相在析出阶段的数量更多且更加细小。（TiMo）C 析出相中Ti/Mo 原子比例随着尺寸的不断增大而逐渐降低，在925oC 变形，保温60s的析出相中的Ti/Mo 仅为4.4，而保温时间增加到3000s时，该值增加到11.75。Ti/Mo 随时间的变化趋势与平均粒子尺寸随时间的变化趋势保持一致。析出中、后期较大的（TiMo）C 粒子呈现出层状或环状结构，并且随着粒子的尺寸增大，层数或环数有增加的趋势。此外，层状或环状粒子的选区电子衍射（SAD）斑点出现分裂现象。Mn 对TiC 析出动力学的影响可以归为Mn 对C和Ti 在奥氏体活度的影响。Mn 通过降低C和Ti 在奥氏体中活度使得TiC的固溶度增加，从而降低了过饱和度，进而降低了TiC 析出驱动力，因此导致TiC 析出孕育期增长，长大速度减慢。然而，Mn的增加使得固溶Ti 含量增加，从而加速了析出后期TiC的粒子的粗化速率。Mo 对TiC 析出影响较为复杂，一方面，Mo 通过降低C 在奥氏体中的活度来影响析出动力学。另一方面，Mo 能够进入到TiC 晶格中，进而影响析出相与基体的界面能和析出相长大与粗化动力学控制因素。Mo 对析出动力学的影响仍需进一步实验与理论工作的证实。
  • 摘要：研究过冷奥氏体转变产物的形核规律具有重要理论价值。采用35CrMo、60Si2CrV 等材料，奥氏体化后在不同温度进行等温处理，使过冷奥氏体分别转变为珠光体、贝氏体、马氏体等产物，应用QUANTA-400 型扫描电镜、JEM-2100 透射等仪器观察各种相变的形核情况。发现：珠光体、贝氏体、马氏体均优先在奥氏体晶界处形核，下贝氏体、马氏体可在晶内形核。珠光体晶核由共析铁素体+共析渗碳体两相组成，共析共生，不存在领先相，在700～650 ℃，珠光体临界晶核尺寸. * r 150～70nm；临界形核功155～ 292J/mol。贝氏体在贫碳区形核，晶核是单相（BF），其临界尺度a*=16.7～25nm，形核功△G*=2.7×102J/mol。马氏体的临界晶核尺寸约为7～20nm，形核功约为200～600J/mol。表明随着温度的降低，临界晶核尺寸越来越小，而形核功越来越大。过冷奥氏体转变产物的形核是一个逐渐演化的过程，符合相变形核的一般规律。. . * G
  • 摘要：过共晶高碳高铬铁基耐磨合金因其良好的耐磨性，被广泛研究。该合金的耐磨性主要取决于其组织中含有大量的M=(Cr, Fe)7C3 碳化物。目前，高校和相关企业的研究人员通过定性试验的方法，在该类合金中加入Ti、V、Nb 等微合金元素，细化合金中M=(Cr, Fe)7C3 碳化物，从而改善耐磨性能。然而，当其成份变化时，其性能也随之发生变化。因此，研究该类铁基耐磨合金的相析出规律，并对预测其性能是非常必要的。CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) 方法多用于研究合金的平衡相图以及相析出规律。此外，这种方法也可以用来进行合金成份设计与组织预测。然而，这种研究方法只反映了理想状态下，该类合金平衡态相转变规律。试验结果与平衡态计算结果关系如何，报道极少。本文通过试验和CALPHAD 方法，对铁基耐磨合金的相析出规律进行比较研究。并根据初生相含量的变化，采用最小二乘法定量研究试验结果与计算结果的关系，以此为预测合金性能奠定基础。试验中，采用X射线衍射仪、光学显微镜对合金进行了相分析和组织观察；采用定量金相的方法对合金中初生碳化物进行了研究；采用洛氏硬度计对合金的硬度进行测定；采用Thermo-Calc软件对合金相析出规律进行分析。结果表明，铁基耐磨合金的显微组织由初生(Cr, Fe)7C3 型碳化物及共晶(Cr, Fe)7C3/γ (Cr, Fe)组成；随碳含量的增加，初生(Cr, Fe)7C3 型碳化物的体积分数由8.09%增加到20.27%。此外，初生(Cr, Fe)7C3 型碳化物的尺寸也有所增长。在此过程中，初生碳化物的平均直径由10.53 μm 增加到23.22 μm。该碳化物长大的原因除碳含量增加外，析出温度的上升也是其重要的诱导因素。试验结果与计算结果如表1、表2 所示。随碳含量的增加，合金的硬度由HRC60.1增加到HRC63.8。通过对比计算结果与试验结果（列于表1），拟合出铁基耐磨合金碳含量与初生碳化物质量分数的关系，为合金设计和性能预测提供依据。本研究为相关领域研究提供了一种基于CALPHAD 预测合金性能的新方法。
  • 摘要：马氏体的长大是依靠相界面的运动来进行的。大多研究者认为界面在运动的过程中 存在界面摩擦，并用不同的方法对摩擦时的能量损失进行了计算，但是对这个能量损失的物理本质却不能给出合理的解释。有人认为，界面移动时从界面前方流进的声子数大于来自后面的声子数，从而导致能量的损失，但是它不能解释这个能量损失是不可逆的特性，因为在马氏体的逆相变中同样存在能量的损失，而且在Fe-Mn-Si合金中这项能量损失很大，一个重要证据是合金的热滞大多超过100K。这种所谓的“摩擦”不同于其它宏观物体的摩擦是发生在两相接触的表面(如固体在液态和气体中运动时的摩擦)，而是在运动界面的内部 就静悄悄地耗散了。本文根据相界面的特性，建立马氏体相变中运动相界面的耗散结构模型，并对一些实际问题进行讨论。
  • 摘要：铁素体相变及奥氏体化是钢中很重要的两类相变。由于碳和置换合金元素在钢中扩散系 数的巨大差异（前者约比后者高4~5个量级），相变过程中合金元素是否发生长程扩散将会 显著影响相变动力学。对低碳合金钢中的铁素体相变，随过冷度增大将会发生再分配模式（PLE）向不分配模式（NPLE）的转变，两种相变模式间存在临界温度，称PLE/NPLE转变温度，以下简称PNTT，最近盛广等建立了直接解算PNTT的方法；对铁素体+渗碳体混合物的奥氏体化过程，Hillert[4]推断也会存在分配临界温度，最近Miyamoto[5]进一步指出此临界温度下θ/γ和γ/α相界面的碳活度相等。本文以Fe-C-M 三元系为研究对象，在局域平衡理论下提出了计算铁素体相变及铁素体+渗碳体混合物奥氏体化过程PNTT的新方法。
  • 摘要：在Mn基形状记忆合金中随温度的降低先发生顺磁.反铁磁相变，然后可能会发生fcc.fct 马氏体相变，这与合金成分有密切关系。XRD、DSC和磁化曲线实验表明，一种Mn-Fe-Cu 合金中同时发生了磁性相变和马氏体相变，另外一种合金中只发生了磁性转变。本文利用磁力显微镜，我们在两种Mn-Fe-Cu 合金中均观察到反铁磁畴，磁畴呈带状分布，并相互平行，尺寸在纳米级；对比微观结构相和磁性相的形貌，认为前者的反铁磁畴与马氏体组织相对应，后者可能与微孪晶相对应。
  • 摘要：高强度钢的抗拉强度1000 mpa以上可能涉及在氢致脆性断裂。尽管大量的研究已经进行了尝试澄清这样的现象,这个争论所发生的这些晶体点阵就在脆性断裂在加载仍然存在由于ppm水平氢接触太少,直接观察其影响。本文介绍了微观和宏观变形特点和非带电氢充电的高强度钢使用W原位观察飞行时间中子衍射和电子散射显微镜原位等。
  • 摘要：本文对X70 管线钢采用不同的焊接材料、不同钢铁厂生产的X70 管线钢按照西气东输二线 实际采用的焊接工艺参数，对其焊缝金属进行了冲击韧性的评价。焊接方式为环焊多道次焊接，焊丝采用药芯自保护焊丝，热输入量为16~20KJ/cm。根焊采用手工焊打底，半自动焊填充，填 充道次为3~4 次。本文详细研究了焊缝金属的微观组织与夹杂物对其韧性的影响。结果表明：（1） 当链状M-A 出现在上一道次的粗晶区即临界粗晶区（ICCG HAZ）的时候，冲击韧性显著恶化； 当链状M-A 出现在上一道次细晶区时，冲击值可以保持在较高的水平；（2）焊缝中的夹杂物弥 散分布，尺寸也较为细小，大部分夹杂物的大小在2μm2 左右，较大的夹杂物也小于10μm2；夹 杂物类别绝大多数为Al2O3和Ca、Al 尖晶石，盖面附近和两个道次交接处Al2O3 居多，中间填充 道次内部Ca、Al 尖晶石居多。
  • 摘要：材料晶粒尺度在纳米级别时在电学、光学和催化等方面会显示出各种优越的性能，但要保 持这些性能必须在保持晶粒尺寸的同时保证相的稳定性。因此研究纳米材料的晶粒长大和相稳 定性有重要的作用。一些纳米晶材料的制备方法例如表面纳米化等在制备的过程中通常会引入 大量的位错和杂质元素，而这些因素会大大影响实验的结果。为了本质上研究其中的相稳定性 问题，需要制备缺陷少的、杂质少的块体纳米材料。而脉冲电沉积是制备这种纳米材料相对简单方便的方法。rn 本文通过研究指出，在脉冲电沉积方法制备的成分为Co-30.8wt%Ni的钻镍膜中低温相和高温相都具很高的稳定性。
  • 摘要：FeNiCoAl 基形状记忆合金具有高的强度和良好的超弹性，本文以Fe42.5Ni28Co17Al11.5Ta1合 金为研究对象，采用金相显微镜、X 射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪和压力试验机等研究了轧制后不同时效时间处理对该合金组织和性能的影响。合金经真空熔炼后扩散退火，在1000℃下热轧成厚度为4mm的薄板，再将试样在温度为1150℃下固溶30min，水淬后冷轧至3mm薄板，再在1300℃下固溶30min，水淬后切割成多份试样，分别在600℃下时效20h，45h，60h，66h，空冷后采用线切割从时效后的试样中切取 2mm×2mm×4mm的试样在YAW4305 全自动压力试验机上的压缩实验。
  • 摘要：在中碳铁素体珠光体钢中，晶粒尺寸和铁素体比例对材料的韧性有着至关重要的影响，细化晶粒并增加铁素体的体积分数是提高韧性的最有效途径。本文将Nb 微合金化元素添加到中碳钢，通过对两种中碳钢的晶粒尺寸和铁素体含量进行统计，并对-20℃低温冲击韧性进行测量，利用SEM 对裂纹扩展路径与组织的关系进行观察和分析。
  • 摘要：高铬白口铸铁是含碳量在2％～3.2％、含铬量在12％～28％之问的铬系白口铸铁。铬的大量加入使得白口铁中的M3C 型碳化物变成M7C3 型碳化物。由于高铬铸铁自身组织的特点，使得高铬铸铁比普通铸铁具有高得多的耐磨性、高温强度、耐热性和较高的韧性。高铬白口铸铁由于具有优良的耐磨性能，从上世纪60年代始，在采矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等方面都有广泛的应用。目前高铬铸铁已经是世所公认的优良的耐磨材料，并被誉为继普通白口铸铁、镍硬铸铁之后的第三代抗磨材料。高铬白口铸铁件是渣浆泵的主要耐磨部件，现有的渣浆泵最大壁厚为90mm，其耐磨性能同一般壁厚尺寸相比，具有不同的特征，有关这方面的工作尚未经过详细的研究。试验用高铬白口铸铁为唐山市某水泵厂提供，试块浇注温度：1400℃。其化学成分如表1所示。运用水泵厂的高铬白口铸铁，同时与壁厚为10mm的小件作对比研究，利用硬度测试、冲击韧性、常规的耐磨失重试验、沙磨试验以及自行设计的湿磨对比试验，结合沙磨、尾矿粉、铁矿粉等实际工况介质，对大厚壁90mm的铸铁件进行详细的研究，结果显示，无论是湿磨还是干磨试验，铸件表面耐磨性能优于内部，而且磨损速率不同于一般小壁厚铸件；冲击结果显示，壁厚10mm的铸件的性能高于90mm 厚铸件近30%。可见，大壁厚铸件在现有铸造工艺情况下，组织和性能均匀性方面存在较大差距，在进一步优化铸造工艺等方面仍有提升空间。这对于提高铸件质量，减少磨损损失，延长铸件使用寿命具有重要意义。
  • 摘要：高性能钢丝绳在大跨度桥梁、高层建筑、汽车、航空、海洋工程等领域得到广泛应用。随着钢铁冶炼、组织控制及拉拔技术等水平的迅速提高，钢丝绳行业得到快速发 展。日本学者在试验室内已获得7000MPa 超高强度钢丝。共析成分珠光体盘条经多道次冷 拉拔形变，获得不同形变量下的钢丝样品。采用SEM 观察不同应变量下珠光体组织的形貌； 采用拉伸试验机测量了钢丝的抗拉强度，用EBSD 技术测量了钢丝织构的变化，并用TEM 观察了珠光体中位错的变化，并讨论了大应变珠光体钢丝的强化机理。
  • 摘要：按传统热机械工艺(TMCP)生产的建筑用螺纹钢其显微组织为铁素体与珠光体，力学性能很难得到显著提高。利用相变强化开发先进高强度钢，获得亚稳相形成的复合组织，可使钢材在保持高强度的同时具有良好的塑性。如淬火-配分-回火(Q-P-T)处理，即利用相变形成的板条马氏体和其上沉淀的碳化物作为强化相，同时又利用条间残存的富碳奥氏体提供塑性，从而使中低碳钢显示高达25000MPa%及以上的强塑积。但是，经类似处理的高强度钢其拉伸曲线呈连续屈服的特点，使其在建筑领域的应用受到限制。为此需要对上述工艺进行改进，以期使材料在获得良好力学性能的前提下能表现出明显的屈服特征。本文尝试结合双相（临界，DP)和一步法Q-P-T 工艺，对市售.20的 Fe-0.23C-1.55Mn-0.65Si 热轧钢筋在两相区保温后进行Q-P-T 处理(图1)，获得铁素体、马氏体与少量残余奥氏体组成的复相组织。热处理所选的三个温度(Ti)均在两相区(见图2)，试样内在此温度下形成的奥氏体可用杠杆定律进行估算。对应于每个Ti，除直接水淬的工艺外，其它两个淬火温度TQ的选择依据K-M 方程计算得到10%或20%的残余奥氏体量而决定，目的是比较在相同残余奥氏体含量的条件下，不同Ti(残余铁素体量)对试样最终力学性能的影响。经热处理后的拉伸曲线如图2 所示。主要发现：(1) 在所研究的三组试样中，高的两相区保温温度对应于高的强度，表明残余铁素体量的减少使材料得到强化。但延伸率与铁素体含量之间并未呈现正相关，其原因需要进一步探讨；(2)C2 试样的拉伸曲线出现明显的屈服平台，在所研究的试样中强度最低，分别为511MPa(.s)和689MPa(.b)。相应的断后总延伸率达到29.11％。力学性能优于国标要求且存在明显屈服点；(3)硬度检验发现，直接水淬试样从表层到心部存在端淬性，而Q-P-T 处理的样品硬度值则较均匀，冷弯实验出现表面裂纹的几率较低。经XRD 表征，直接水淬试样中的残余奥氏体量可以忽略不计，而Q-P-T 处理的试样中则有较明显的fcc 衍射峰。我们经进一步的显微组织观察初步讨论了DP+Q-P-T 处理既提高力学性能，又能出现明显屈服特征的原因。
  • 摘要：本文在Gleeble1500D 实验机下采用热压缩应力松弛法、双道次变形法和透射电镜（TEM）研究了0.047%C-0.109%Ti 微合金钢中的形变诱导析出动力学。通过分析应力松弛曲线、软化动力学曲线及不同等温时间析出相的数量和尺寸分别获得了三组析出-时间-温度（PTT）曲线。结果表明，三种方法获得的PTT 曲线均呈现典型的“C”形，且鼻子点温度均在910oC 左右。在析出开始时间（Ps）的测量方面，双道次变形法体现出最高的敏感性。TEM 结果表明，形变诱导析出相为纯的TiC 粒子，具有面心立方（fcc）食盐结构，在复型碳膜上呈现链状或胞状分布。此外，析出相在长大阶段近似服从抛物线长大规律（1/2 方规律），在粗化阶段服从近1/10 方规律。
  • 摘要：自从我们课题组徐祖耀院士于2007年提出了淬火-分配-回火（Q-P-T）新工艺，具有高强塑性的Q-P-T 钢的研究得到很大的进展。在本报告中，将呈现三部分内容：1）Q-P-T 工艺的原理及其与淬火-分配（Q&P）和淬火-回火（Q&T）工艺的比较；2）低碳Q-P-T 钢在不同形变温度下的力学行为；3）取代Q-P-T 工艺的多循环Q-P-T（MQ-P-T）工艺及其在工程中的应用。在Q-P-T 钢的研究中，第一个中碳Q-P-T 纳米马氏体钢呈现出抗拉强度超过2000MPa，延伸率超过10％，为此Q-P-T 钢被国际认可为一种新型的先进高强度钢（AHSS）。随后，具有高强塑积的低碳和中碳Q-P-T 钢被相继研究。尤其中碳的Q-P-T 钢的强塑积大于30000MPa%，远高于目AHSS的25000MPa%的上限值。低碳的强塑积均高于20000MPa%，其300 ℃的性能达到室温的性能。Q-P-T 钢的高强度归因于高位错密度的马氏体和弥散析出的碳化物，而高塑性来自于体积分数大于10％的大量的残留奥氏体。对于残留奥氏体增强高强度钢塑性的机制，50 多年前，国外学者相继提出了相变诱发塑性（TRIP）效应和阻挡裂纹扩展（BCP）效应。我们最近基于形变过程中马氏体和残留奥氏体中的平均位错密度的X 衍射的测定，发现马氏体中的位错密度在均匀形变阶段是小于未拉伸前的位错密度，而残留奥氏体中的位错密度快速增加，这种现象是不能用TRIP 效应和BCP 效应来解释的，为此我们提出了残留奥氏体吸收位错（DARA）效应，即在形变过程中马氏体中的位错越过相界面进入到残留奥氏体中去，而且越过界面的位错量大于位错的增值量，导致马氏体中的位错密度降低，而奥氏体中的位错密度升高。DARA 效应被横跨界面位错的TEM 观察所间接被证明。因此，DARA，TRIP和BCP 效应构成了残留奥氏体增强高强度钢塑性的更完整机制。基于工程应用中钢件的特殊性，提出了MQ-P-T的概念，该工艺可通过水空交替技术得以实现。MQ-P-T 工艺在工程应用的几个例子将被列举。
  • 摘要：形状记忆合金因其奇特的形状记忆效应，优异的超弹性和特殊的阻尼性能而备受研究者青睐。目前已经开发的形状记忆合金主要有，Ti基，Ni基，Cu基和Fe基等。TiNi基形状记忆合金因其具有优良的机械性能、腐蚀抗力和生物相容性而被认为是最好的生物材料之一，但其价格昂贵，且难于制备和加工。Cu基形状记忆合金主要包括Cu-Zn-Al和Cu-Al-Ni系。Cu-Zn-Al合金的优点是价格便宜和容易加工，缺点是过热时易分解为平衡相，并且容易产生马氏体稳定化，以及双程形状记忆效应在几千次循环后易于退化。Cu-Al-Ni系合金相变温度在80~200℃之间，18R马氏体，可以在较高温度下使用，但难于加工。因此，开发新型低成本、易加工、高性能的形状记忆合金成为目前研究的热点。近来，Kainuma课题组相继开发的高性能FeNiCoAlTaB和FeMnAlNi铁基形状记忆合金引起了人们的广泛关注，本文呢主要研究了其作用机制。
  • 摘要：钢中铁素体相变是钢的固 溶度较奥氏体低，随着该相变的进行，碳原子将富集至未转变奥氏体中；而碳在未转变奥氏体中铁生产过程中最为常见的一个相变过程。由于铁素体中碳的富集将在很大程度上影响下一步的相变过程，从而决定钢成品的力学性能。研究表明，置换型合金元素（M）的加入能在很大程度上影响铁素体相变动力学，从而影响该过程 中碳的富集行为。虽然文献中已有不少关于合金化效应的研究，但迄今为止，理论上仍难以 定量预测合金钢铁素体相变过程中的碳富集。文献中，关于铁素体相变过程中M的配分问题，已经提出了两种模型，PLE/NPLE(合金元素配分局部平衡/合金元素不再配分局部平衡模型)和PE(准平衡模型)。两种模型均认为在高过冷度下，M 无需配分，从而相变过程由碳扩散控制；而在低过冷度下，M须配分，从而相变过程将由M的长程扩散来控制。rn 本文研究了相变温度以及初始碳含量对铁素体相变过程中稳态时碳富集的影响，其中未转变奥氏体(马氏体)中碳含量采用场发射电子探针显微分析仪(FE-EPMA)进行直接测定。
  • 摘要：马氏体组织形貌与亚结构的深入观察研究具有重要的理论意义和实用价值。采用60Si2CrV、CrWMn、Mn13、GCr15和W6Mo5Cr4V2钢，分别将其加热淬火，得到马氏体组织。采用QUANTA-400型环境扫描电镜和JEM-2100透射电镜观察马氏体的组织形貌、亚结构及形核长大，并探讨其形成机制。观察发现，高碳钢马氏体为片状马氏体，隐晶马氏体实际上也是片状马氏体；高碳钢马氏体的亚结构是孪晶、高密度位错，也发现存在层错；高碳钢中马氏体可在奥氏体晶粒内部形核，也可在奥氏体晶界、孪晶界面及相界面等处形核。分析认为，马氏体相变时的体积应变能的变化是影响马氏体组织形貌和亚结构的主要原因。
  • 摘要：随着钢铁材料不断向高合金化发展，大量的研究发现高合金钢中经常出现具有优秀抗回火性能的高合金马氏体，但是对其深入的研究相对较少。本文自行研制了支承辊堆焊用药芯焊丝，使其在堆焊后获得高合金马氏体，并对其堆焊层金属试样在不同温度进行了回火处理。采用光学显微镜和场发射扫描电子显微镜对试样的微观组织进行了观察，并对其成分进行了分析；采用X 射线衍射仪对其相结构进行了分析；采用纳米压痕硬度计对试样中白色网状组织的硬度进行了测试；采用示差扫描量热仪对试样的相变点进行了测定；采用透射电子显微镜对其相的晶格结构进行了观察。结果表明：支撑辊堆焊用药芯焊丝的堆焊层金属在焊态下组织由马氏体、残余奥氏体和少量碳化物组成，其晶界处存在着白色网状形貌的高合金马氏体。在低温回火时，其组织未发生明显变化，随着回火温度的上升，高合金马氏体逐渐消失，当回火温度达到650℃时，以黑色网状形貌存在于组织之中；高合金马氏体在高倍电子显微镜下呈大块状，其平均纳米压痕硬度为14.33GPa，在420℃开始发生分解；高合金马氏体的合金元素含量较普通马氏体要高，在经过回火之后，其合金元素含量迅速降低，降低程度约为15%；高合金马氏体和普通马氏体均为体心正方结构，但是其晶格结构有所差别，与普通马氏体相比，高合金马氏体在C 轴方向上有所伸长。
  • 摘要：形核/生长类固态相变在调控材料组织中占有支配性的地位，从而决定了材料的最终使 用性能。关于此类相变的动力学过程的解析描述已有大量的报道。其中最经典的理论描述是 基于Kolmogorov，Jonhson与Mehl和Avrami(KJMA 模型)等人的工作。该模型从提出以来，已被广泛应用于描述形核/生长类固态相变动力学。但该模型仅局限于描述等温条件下特定的相变过程：位置饱和形核或连续形核，线性生长（界面控制生长）和核心随机分布等。经扩展，KJMA模型可应用于非等温相变过程，并能用来描述抛物线生长（扩散控制生长）和各向异性生长的相变。rn 本文通过研究指出，在解析模型中，仅考虑了硬碰撞条件下的固态相变。在软碰撞条件下，Liu等人将溶质场相互作用对相变的影响引入到生长动力学中，分别建立了等温和非等温条件下沉淀相析出模型;基于该模型，发展了等温和非等温条件下确定扩散激活能的方法以及最终颗粒尺寸同加热/冷却速率的关系。
  • 摘要：Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金是继Fe-Ni-Co-Ti，Fe-Ni-C等合金之后又一个展现出热弹性马氏体相变（γ→α′）的铁基形状记忆合金，在室温下展现出约13.5%的超弹性应变。该合金成本较 低且加工性能很好，是铁基形状记忆合金应用于实践中的前景[1]。Fe-Ni-Co-Al-Ta-B合金表 现出的良好性能与其热弹性马氏体相变有着密切的关系。而其马氏体相变由非热弹向热弹转 变的机制尚不明确。因此，针对其在不同时效条件下相变过程中发生的内耗行为进行了分析。rn 本文通过研究指出，随着时效时间增加，样品硬度增大，析出沉淀相的量增多，Fe-Ni-Co-AI-Ta-B合金的M5,Ar温度上升，相变热滞也发生改变。
  • 摘要：近年来，汽车行业的减重和安全要求，引发了新型先进高强度钢（AHSS）的研究。为了得到与具有优良的力学性能相关的具有复杂微观结构的汽车用钢，已经开发了各种热处理工艺。其中最有前途的先进高强度钢的热处理工艺之一是所谓的淬火和配分（Q＆P）的过程。这个简单的热处理工艺可以通过形成一定比例的马氏体和残余奥氏体来获得较好的强度和延延伸率。另一种获得优良机械性能的方法是细化晶粒尺寸。根据Hall-Petch公式，晶粒 度越小，强度和塑性也越好。一个典型的例子是所谓的形变诱导铁素体相变（DIFT）实现的 超细晶铁素体。rn 本文通过研究指出，形变诱导铁素体相变和淬火一配分工艺被结合在一起以在原QP钢中获得细晶铁素体。通过这个新工艺，我们在两种钢种中获得了较好的综合力学性能。
  • 摘要：Fe-Ni合金具有典型的面心结构（γ相）转化为体心结构（α相）的马氏体相变行为，早期对于Fe-Ni合金材料的马氏体相变研究主要集中在粗晶及晶粒尺寸为微米级的材料中。由于晶粒尺寸对于材料相变、相稳定性的影响，纳米Fe-Ni 合金的相变行为可能与块材Fe-Ni合金的相变性能迥异。对于纳米尺度中超细金属和合金的马氏体相变的研究最早始于上世纪八十年代。Kajiwara应用“氢-等离子-金属反应”方法制备出颗粒尺寸在20nm～200nm的Fe-Ni合金，并认为对于大部分的超细Fe-Ni 颗粒，它们的马氏体转变温度与传统块体粒晶材料相同。然而，随后却有大量实验表明，Ms点随晶粒尺寸的减小显著降低，甚至当晶粒或颗粒尺寸小于某一个临界值时，马氏体相变被抑制。rn 本文利用溶胶一凝胶及其后续还原处理制备出抗氧化，抗团聚，成分、粒径分布较均匀的纳米Fe-Ni合金颗粒(晶粒尺寸10~40nm)，并通过XRD, SEM, TEM、ICP, MPMS等表征测试手段对Fe-Ni纳米合金颗粒的形貌及马氏体相变行为进行研究。
  • 摘要：本文研究了淬火-回火(QT)和淬火-临界淬火-回火(QLT)两种热处理工艺对组织和性能的影响；结合Thermocal-Dictra 计算方法分析了QLT 处理9%Ni 钢中逆转变奥氏体亚稳相形成的热/动力学条件；研究了9%Ni 钢的低温拉伸应变硬化行为，解释了该钢低温下延伸率提高，屈强比降低的原因。结果表明：9%Ni 钢采用QLT 热处理工艺可以在较宽的温度范围内获得远高于QT 处理的低温性能。该钢经QLT 热处理时，淬火组织为板条马氏体；660~680℃临界淬火组织为块状铁素体+二次淬火马氏体，精细结构为双相Lamellar 层状结构；较低温度回火时仍然保留着临界淬火组织特征，并在富Ni 板条中析出渗碳体，随着回火温度的升高，逆转变奥氏体形成并吸收渗碳体，同时Lamellar 结构消失，形成大量平行排列的棒状或者条状的逆转变奥氏体。QT 处理的9%Ni 钢回火时渗碳体和逆转变奥氏体呈颗粒状分布在原奥氏体晶界上。与QT 处理相比，QLT 处理9%Ni 钢的低温韧性显著提高。原因是：9%Ni 钢经临界淬火后，晶粒显著细化，并形成Lamellar 结构；Lamellar 结构较大的合金成分起伏，促进回火时逆转变奥氏体大量而均匀的形核，使逆转变奥氏体的数量明显增多，分布更加均匀；低温韧化是晶粒细化和逆转变奥氏体共同作用的结果。热/动力学计算模拟表明，9%Ni 钢淬火马氏体经680 ℃临界加热时，随时间的延长，γ/α相界逐步向α相推移、α相中的Ni 含量逐渐降低；保温3 600 s后，α相中的Ni 含量降至4.8%，而γ相中的Ni 含量因相界移动而基本保持在 9.5%左右，淬火后呈Lamellar 结构；该结构中Ni 含量分布的计算值与实测值相近。QLT 处理9%Ni 钢在20 ℃~-196 ℃系列温度拉伸时，随试验温度的降低，均匀延伸率提高、屈强比降低。逆转变奥氏体在拉伸时发生相变而改善了9%Ni 钢的低温塑性。
  • 摘要：许多固态相变过程中形成的沉淀相具有惯习面或刻平面等特征，关于这些择优界面深入 认识是分析界面迁移、揭示相变机理和理解新相形貌的关键基础。根据Wulff 图构造原理，择优取向界面具有界面能局域极小的性质。在五维界面几何的空间里，不论是测量还是计算 界面能均是极艰巨的任务，因此，许多研究者都试图根据界面结构辨识对应界面能谷点的奇异界面。本文计算中，以错配位移小于小晶格中近邻格点间距的15%为匹配好点判据，以相对于大晶格格点为参照计算GMS比例，进行系统的统计分析，这包括1, 2, 3维的错配，从小到大的晶格错配或位向差分析。
  • 摘要：低弹性模量和高强度的β 钛合金被公认为新一代生物医用材料，并正在成为钛合 金领域的学术研究前沿和应用研究的热点。钛合金是具有马氏体相变的典型合金体系。但是，由于钛合金中的马氏体（a’和a’’马氏体）均为置换固溶体，因此 钛合金不能通过马氏体相变获得强化效应。为了实现低模量和高强度的良好匹配，目前传统的合金设计方法多采用加入大量β合金元素，以避免合金在冷却过 程中发生.a’马氏体相变。本文通过优化合金的成分和热处理工艺，获得了超低模量和高强度亚稳p钦合金，其断裂强度达860MPa，弹性模量为37GPa。
  • 摘要：镍基单晶高温合金为当今航空发动机和地面涡轮燃气机叶片的重要材料。该合金具有<001>的择优生长取向，且此方向的力学性能最优。因此单晶叶片制备中要求其择优取向和应力方向严格一致。由于受各种凝固条件和合金组分的影响，导致单晶生长方向偏离择优取向和杂晶产生，难以保证单晶的力学性能。因此，控制晶体在凝固过程中的竞争生长及其取向，获得完整单晶及特定晶向的组织结构，已经成为材料领域必须解决的问题。rn 本文以镍基单晶高温合金为例，论述了定向凝固条件下多晶竞争淘汰形成单晶的过程及晶体生长取向选择机理。在数值模拟和试验的基础上，建立了定向凝固过程中晶体生长方向、最大热梯度方向与晶体择优取向之间的关系及温度梯度和生长速度对该关系的影响规律。
  • 摘要：固态相变已经从传统结构材料的增强增韧延伸到新型功能材料，引发出多种奇特的物理效应。固态相变已成为功能材料设计与功能特性实现的重要手段之一。本文重点介绍磁性形状记忆合金、高温形状记忆合金、超弹性钛合金和磁致冷材料等新型功能材料中的固态相变研究进展。磁性形状记忆合金兼有两种典型的固态相变，即热弹性马氏体相变和磁性转变。其马氏体相变可以由磁场控制，并呈现出丰富的物理效应。因此，磁性形状记忆合金一直是近期研究热点。基于磁场诱发相变，我们获得了显著的磁热和磁阻效应，并有望获得磁控形状记忆、磁诱发超弹性等功能特性，将磁性形状记忆合金发展为新型多功能材料。本文通过同时施加磁场和压力，发现可以更具灵活性地调控磁致冷材料的磁性、相变和磁热效应，并且显著提高了材料的制冷能力。以此为基础，有望发展出新的制冷循环工作原理。
  • 摘要：定向凝固过程中存在一个既有固态组织又有液态组织的双相区，及糊状区。在凝固即将结束时，也就是糊状区的末端，残余液体有可能会在晶界上形成一层连续的液态薄膜。定向 凝固高温合金中一旦出现了这种液态膜，二级枝晶将不能通过桥接而获得抵抗应力育应变的 强度，因此合金很容易沿着晶界撕裂。如果撕裂通道被堵塞，糊状区顶部的熔体不能进入通 道补裂，合金在定向凝固后就会形成裂纹。由于这种裂纹出现在糊状区，因此称之为热裂纹 或者凝固裂纹以区别于固态条件中出现的裂纹。本文通过分析指出，合金的热裂敏感性与糊状区的宽 度相关，更宽的糊状区对应着更高的热裂敏感性。
  • 摘要：详细介绍了本课题组在定向热处理与受控凝固领域的最新研究进展，包括定向再结晶、定向固态相变组织结构演化规律、动力学机制以及定向热处理在6.5wt%高硅钢的应用；内生复合块体金属玻璃制备受控凝固技术，特别是大尺寸（直径.11）高塑性（拉伸δ>5%）试样的制备、拉伸变形行为、组织演化及控制等。实验观察发现，在拉伸过程中，首先是非晶基体和内生固溶体相发生弹性应变；继而，在固溶体内产生滑移带，拉伸应力应变开始屈服，并呈现加工硬化；随着应力增加，玻璃基体开始形成剪切带，此时，内生相加工硬化与玻璃基体加工软化并存，直到软化量超过硬化量，应力应变曲线开始下降。
  • 摘要：冷轧工作辊材质的发展是以合金元素Cr 含量的不断提高为基本特征，Cr 含量 从初期的2%、3%、5%，发展到如今的8%、10%、12%，近年来，又逐渐出现半高速钢、 高速钢轧辊。高速钢轧辊因其具有高的硬度、较好的耐磨性和良好的淬透性而得到 了广泛应用。但是，传统高速钢成分中含有较高的W和Mo，用其制造轧辊势必导致 成本的显著提高。同时，高速钢不能用于制造锻造冷轧工作辊，从而限制了其进一 步的广泛应用。所以，本文研制了一种新型冷轧工作辊，其中降低传统高速钢轧辊 中W和Mo 含量，以Cr 代替W、Mo，也符合当今冷轧工作辊中对高Cr 发展趋势的要求。rn 本文选用这种自行设计的冷轧工作辊用钢，采用X射线衍射仪(XRD)对原始试样相结构进行了分析。采用示差扫描量热仪(DSC)确定了降温过程中发生相变反应的温度。结合Thermo-Calc相图计算结果，初步确定了不同物相析出的特征温度，并在这些特征温度下进行淬火，以固定其高温组织。采用金相显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FESEM)和能谱仪(EDS)对经过不同腐蚀剂处理过的典型形貌进行了观察分析。
  • 摘要：双相钢具有良好的强塑性匹配，合金元素Si可以抑制渗碳体的形成，有效改善组织中软硬相的配比，但在实际生产中，高硅高锰钢（1.5%Mn，1.5%Si）表面容易形成SiO2、MnO和Si-Mn复合氧化物，而SiO2和Si-Mn复合氧化物对恶化钢板可镀性的影响最大。本工作尝试在钢中添加Al，研究双相钢中Al对其组织及性能的影响。本文中通过膨胀法测量了试验钢的临界温度，结果表明Al的加入大幅度提高钢的A3温度，也略微提高A1温度。
  • 摘要：本次研究通过采用激光共聚焦显微镜对不同方式冶炼的实验钢在不同热模拟条件下组织演 化的实时原位观察，对比分析3种实验钢的奥氏体晶粒形成长大过程，以及针状铁素体的形成 及长大过程，以及影响这两个过程的因素，从而找出有利于焊接热影响区组织细化的因素。实验钢分别为：1号采用传统方法冶炼的Al 脱氧钢，2 含Ti量较高的氧化物冶金钢，3号含Ti量较低的氧化物冶金钢。三种钢经热轧后再调质然后取样来进行高温金相实验。本文实验中采用的热模拟工艺，来模拟焊接热影响区的晶粒较粗大区，并对结果进行了分析。
  • 摘要：采用深过冷设备，对Ni-Cr-W 系高温合金的近液相线过冷凝固行为进行了研究，力图通过铸锭均匀降温过冷凝固法获得大尺寸铸锭的细晶凝固。具体方法为：在真空环境下采用石英坩埚、玻璃净化、循环过热、高频电磁感应结合的方法，并采用控制冷却速度使整个铸锭温度一致并实现均匀降温，有效抑制熔体内的异质形核，减小铸锭热流梯度，同时控制最终处理温度，使液态金属冷却至平衡液相线以下某一温度时断电，处理后的铸锭随炉自由凝固。最终发现Ni-20Cr-18W 合金经循环过热处理凝固后，可得到较大过冷度，最高可达281℃（0.2TL），接近理论均匀形核温度；铸锭的凝固组织整体得到细化，并为胞状树枝晶，对比未经控制降温处理的铸锭，无明显三晶区，晶粒度达到ASTM 7 级；通过对比不同最终处理温度的合金凝固再辉曲线，发现，不同最终处理温度将得到不同的再辉度，再辉度随着最终处理温度的降低而变小，即再辉度随着最终处理温度与液相线的温度差增大而减小。
  • 摘要：Haynes230 合金是用于第四代超临界水冷反应堆系统(SCWR)热交换管的首选材料。最近在Haynes230 中发现了一种超点阵相——Ni2(Cr,W)，该超点阵能显著改善合金750℃蠕变性能。本工作利用基于密度泛函理论的第一性原理来计算不同W 含量的Ni2(Cr,W)超点阵的形成能，结合能及弹性常数，以此来研究W 含量对超点阵热稳定性和力学性能的影响。Ni2(Cr,W)是在Ni2Cr 超点阵的基础上，W 原子替代Cr 原子得到的。Ni2Cr 超点阵为体心正交结构，每个晶胞中有6个原子。Ni的伍科夫位置为4i(0,0,1/3)，Cr 为2a(0,0,0)。
  • 摘要：镍基定向凝固高温合金被广泛的应用于航空发动机涡轮及导向叶片材料。HRS和LMC定向凝固方法为两种重要的定向凝固方法，但目前尚无关于不同定向方法对铸件晶粒晶体取向影响的研究，且对于对铸件凝固组织的研究也不系统。本文利用自制HRS/LMC双功能定向凝固设备分别对应用LMC方法和HRS方法制备的DZ125高温合金叶片状铸件（图1）组织的影响进行研究，以望通过该研究，探索工业制备涡轮叶片类铸件的新途径。
  • 摘要：Al2O3/YAG 二元共晶自生复合材料拥有卓越的高温力学性能，有可能成为镍基高温合金的替代者成为新一代航空发动机叶片材料。利用自行设计研制的激光悬浮区熔设备制备了 Al2O3/YAG 二共晶自生复合材料。基于界面形貌研究了Al2O3/YAG 共晶特征尺度（层片间距及Φ）与凝固速率的关系。发现低速下层片间距与Magnin-Kurz 模型预测吻合较好。并利用Φ及层片间距的相对平均偏差解释了Al2O3/YAG 二元共晶的规则化问题。
  • 摘要：以高温合金普遍含有的金属元素为基础，进行二元相热力学分析与计算，得到各可能反应 生成物的吉布斯自由能随温度的变化，通过分析可知控制冷却温度可以得到所需的物质相。Cr3C2的吉布斯反应焓的变化△G 在升温过程中的负值最小，在升温过程中一直存在，可以看出Cr3C2 是最稳定的，生成该相的可能性较其它物质更大。结果显示C 首先和Cr 反应，然后剩余的C 再和Nb、Fe 等反应。在反应过程中加入不同量的Cr、Nb 一定程度上影响了生成物相，Cr、Nb 含 量的增加促进了Cr3C2、Cr4C、Cr7C3 等化合物相的生成。rn 本文通过对Cr八Z，Fe-C体系热力学计算分析可以得到某一温度下反应生成的物质，得到各化合物生成相的吉布斯自由能变化△G，针对某一种物质，可以通过控制温度来促进或抑制其生成。在整个升温过程中，当温度达到15000C以上时，溶液中只剩下Cr3C，说明Cr3C是一种非常稳定的化合物。Cr和Nb的含量的增加，促进了其它化合物相的生成，同时在冷却过程中可以通过控制温度来得到所需要的物质相。
  • 摘要：非晶形成合金通常位于共晶点或其附近，共晶耦合生长所需的大规模溶质扩散相应被认为 是这类合金容易形成非晶的重要原因，以共晶点为指引开发新非晶合金体系为许多研究者所采用。但迄今为止围绕非晶形成合金体系开展的深过冷凝固实验还较少，关于非晶形成的凝固学 基础理论还不完善。以Ni80.4P19.6 共晶合金及其附近合金Ni100-xPx(x=17.5-21)为对象，用熔融玻璃净化法进行了深过冷实验，使用高速红外测温仪对凝固过程中的温度变化进行了检测，用铜模吸铸法制备了楔形试样，用光学显微镜和扫描电镜对凝固后的组织进行了观察，用电子背散射 衍射技术分析了反常共晶组织中两相的取向情况。晶形成能力下降。Ni-P合金的非晶形成能力与初生相的生长方式间存在一定的关系。通过分析指出合金具有良好的非晶形成能力，初生相为单个固相固溶体时，合金的非晶形成能力变差。初始凝固特别是a一Ni固溶体时，合金的非晶形成能力变差。
  • 摘要：近几年研究表明，具有强非晶形成能力的体系为黏度很高的刚性体系，而弱非晶形成体系 为脆性体系[1]。脆性体系的显著特点是其黏度当过冷度达到一定临界值时急剧增大，即扩散系 数当过冷度达到一定临界值时显著减小，而扩散系数是决定凝固界面前沿特征扩散长度的关键 参数，因此脆性合金中的低扩散系数将对非晶形成有其内在的物理机制。rn 由于特征扩散长度由D/V所决定，其中D为扩散系数，V为生长速度，因此为了定量研究扩散系数对非晶转变的作用，本文在界面生长速度可控的生长控制过程对脆性合金的“共晶一非晶”转变进行了研究。
  • 摘要：镍基高温合金定向凝固技术广泛应用于航空发动机和燃气轮机的制造。由于界面能的各向 异性，面心立方结构的镍基高温合金在定向生长过程中晶粒中的枝晶生长方向容易沿着与热流 方向平行的择优取向<001>生长。当低模量的<001>取向与叶片的主应力方向平行时，高温合 金叶片的使用性能得到显著的提高。然而在叶片的实际制备过程中，<001>取向常常与叶片所 承受的离心力偏离，偏离角甚至能达到15°。为了研究<001>取向偏差对高温合金凝固组织的 影响，实验采用籽晶法控制晶体取向，研究<001>取向偏差对单晶高温合金的凝固组织的影响。rn 本文通过研究指出晶体取向及偏离角不仅对界面的稳定性及枝晶形貌有很大的影响，通过SEM及EPMA测试分析表明，取向偏离角对析出相Y'的形态与微观偏析都有一定影响。
  • 摘要：非平衡凝固和固态相变作为同热力学和动力学紧密相关的复杂理论体系，在物理冶金和凝聚态物理研究领域占据重要的地位。上述非平衡过程包含形核、生长和碰撞三个微观过程，其发生和发展均由一些竞争过程伴随、辅助甚至驱动。正确理解这些竞争过程决定了能否准确描述整个非平衡过程；材料制备中，其力学和物理/化学性能的提高也归根于这些竞争的发生与发展。因此，很有必要对非平衡凝固和固态相变中的竞争现象进行研究。本文第一部分从形核/生长类相变角度对非平衡凝固和固态相变进行了概述，并强调了伴随其发生的竞争现象。第二部分立足于经典形核理论，对有关形核热力学、动力学以及形核方式的竞争现象进行了描述。第三部分对凝固中有关热扩散和溶质扩散以及固态相变中有关界面控制和扩散控制的生长方式竞争进行了描述。第四部分对本文进行了总结性分析和概括，并对本领域的未来发展方向进行了预测。
  • 摘要：Mg-Al系合金是最常用的镁合金，但耐蠕变性能较差，制约了其在高温场合的应用，因此研制新的耐热镁合金系成为镁合金开发的一个重点。Mg-Sn系合金具有较大的固溶强化潜力、较高的共晶温度及其主要沉淀相Mg2Sn具有较高的熔点，在高温场合有很大的应用前景。然而，二元Mg-Sn合金的时效强化效果并不理想。前人通过添加不同的微合金元素，例如Zn、Na [2, 3] 等，发现对合金对时效硬化效果有明显改善。rn 本文通过研究指出利用高分辨透射电镜对该沉淀相的界面结构进行观察。结果显示，实验观察到的台阶宽面、台阶间距、台阶高度都与理论分析吻合得很好。
  • 摘要：马氏体转变为无扩散切变相变，其相变驱动力主要是温度差产生的化学势能以及外加应力所叠加的机械能。所以在马氏体转变过程中，因为马氏体和奥氏体的比积差，先发生的马氏体条会使周围奥氏体产生畸变从而诱发马氏体转变，发生连锁反应而使马氏体转变体现出爆发的特点。奥氏晶粒限定了马氏体条尺寸，从而不同奥氏晶粒内马氏体相变产生的应力会有很大差异，从而影响了因相变应力而发生的马氏体相变。晶粒尺寸的变化也引起晶界对马氏体相变的影响，马氏体的长大要受到晶界的阻碍，所以不同晶粒尺寸导致的晶界量的变化会使马氏体相变受到很大影响。晶粒尺寸对马氏体相变方式以及相变程度有很大影响1-3，但晶粒尺寸对马氏体相变的微观机理仍然不太清楚。本文主要是采用EBSD从微观形貌以及位相关系角度研究晶粒尺寸对马氏体相变的影响。
  • 摘要：石油是人类社会使用量最大、覆盖面最宽的重要能源。由于现代社会对石油开采的安全 性、环保性以及节能性的重视程度越来越高；以及在全世界石油供应的严峻形势和石油价格 居高不下的刺激下，一些寒带地区、严酷腐蚀环境和其他苛刻条件的油气田相继开发，都使 得高性能油井管的需求量急剧增加。从总的趋势看，在石油钻采领域中占有重要地位的油井 管，在一定程度上制约了石油工业的进一步发展。在这样的背景下，急需研发一种可以生产 高质量、多品种和优良服役性能的油井管的生产工艺。rn 本文研究了两种低碳高级别油井管，其碳含量都为0. 2%,锰含量和铬含量2号钢比1号钢都多0. 2%。两种钢通过适当处理都有较好强韧性能，且合金元素不高，成本上比同等产品也要低。通过膨胀仪，确定了两种钢的CCT曲线。然后通过对钢进行调质(系列回火)处理后组织的观察和强度韧性等力学性能的测试，研究了这两种高级别油井管的组织和性能。由于油井管使用的特殊环境并对其耐腐蚀性能和实验钢在含H2S和C02等腐蚀物质的模拟油田环境腐蚀性能进行了一些研究，以及不同离子组合对钢腐蚀的影响，从而得出在不同离子环境中钢的腐蚀表现。
  • 摘要：Ni-Mn-Ga 合金中通过磁场或应力场可获得较大的应变输出，其主要原因是马氏体变体的再取向和再分布造成的。实验结果显示，若只有外磁场，需要达到2T 才能获得较大的应变输出。但问题是要产生2T的磁场装置比较大，比器件本身的体积要大很多，这严重限制了基于此效应的驱动器件的工业应用.目前比较实用的方法是同时加上应力场和磁场，两者的方向相互垂直。加压力场的作用可有效减小磁场，有实验结果显示在一定的应力场下，磁场已降到1T 以下，同时磁场下的输出应变也有保证。显然应力场的作用非常重要，它能有效地降低磁场，而且加应力场比加磁场要方便得多，应力场的大小也容易调节。但从目前的研究结果显示，加应力场还没有任何规律可循，都是凭经验来加应力场的大小。本论文将利用相场的方法研究Ni-Mn-Ga 合金马氏体变体在[100]方向施加连续应力后再取向的机制和演化路径，模拟结果显示拉应力和压应力下的微观组织明显不同。
  • 摘要：相变晶体学是了解相变过程的窗口，是材料组织形成理论的基础。目前，对相变晶体学的择优规律已经有比较清楚的认识，在此基础上发展出了许多理论模型。这些模型能够 解释很多相变晶体学特征，但是并不能描述这些特征在相变过程中是如何得到的。CuCr合金是研究沉淀相变晶体学的理想实验体系，有着较为系统的晶体学实验数据,且著名的结构台阶模型就是研究此系统中无理惯习面时提出的。对尺寸较大的富Cr析出相的晶体学特征，现有的一些晶体学模型能够很好的解释。而对于析出初 期小颗粒的晶体学特征是如何的，以及这些特征是如何演化的这些实验结果的解释并不完善。rn 本文结合蒙特卡洛方法和分子动力学模拟了CuCr系统中析出相的晶体学的演化过程。模拟方法类似Lee提出的“分立原子方法”(Discrete Atom Method, DAM)，通过交换界面附近两种原子的位置寻找析出相的低能形貌。计算出不同尺寸析出相的低能形貌，进而研究析出过程中相变晶体学的演化过程。模拟分为两个部分，一部分是二维模拟，另一部分是三维模拟。
  • 摘要：Fe-Ni合金中的马氏体相变与磁性转变相互耦合区域(Fe68Ni32~Fe64Ni36)，会造成Invar效应等现象。而在Fe-Ni纳米晶中，由于磁性转变和马氏体相变的异常，会使得其磁性性能更为奇特，出现类似自旋玻璃的现象。研究Fe-Ni纳米晶中的相变成为一个较为重要的课题。马氏体相变存在明显的尺寸效应，一般认为马氏体相变在细晶中被抑制，不过也有部分反常的实验现象。尺寸效应目前主要从表面能、形核几率、细晶强化、应变协调等方面解释。为了获得一些微观结构、尤其是原子尺度的信息，我们采用分子动力学模拟进行更深入的研究。rn 本文通过研究指出，随着晶粒减小，马氏体形核增多，但因此造成各马氏体片生长过程中相互竞争，从而抑制马氏体的长大。
  • 摘要：基于马氏体相变的功能材料，包括单质金属、合金、陶瓷、超导体等，呈现出形状记忆、超弹性、阻尼、磁阻、磁热等一系列丰富的物理效应。有效控制相变对于获得预期的物理效应具有重要意义。此前相关研究主要集中于成分、外场（电、力、磁、辐照）的作用。纵观马氏体材料的整个制备过程，其先后经历两个典型的一级相变，即凝固（液固相变）和马氏体相变。在结构材料中，已经证明，改变凝固条件可以有效调控材料的微观组织和力学性能。然而在功能材料中，长期以来凝固和马氏体相变均在各自领域独自研究，其相关性研究被忽视。近期，我们发现不同凝固速度生长的NiMnGa 晶体，其马氏体孪晶板条的形态和尺寸差别很大。这表明凝固与马氏体相变之间存在内在的相关性。研究这一相关性，有望通过控制凝固过程有效调控材料的马氏体相变、孪晶组态和功能特性。在此基础上，本文以近期出现的NiMnGa 磁性形状记忆合金为对象，采用高频感应加热区熔定向凝固工艺，研究了定向凝固速度对凝固形貌和马氏体相变的影响规律。发现随定向凝固速度增加，奥氏体凝固形貌由平面晶逐渐演变为胞状晶和树枝晶。在三种奥氏体中都观察到了马氏体相变，但相变滞后和孪晶形态区别显著。而预马氏体相变只存在于平面晶奥氏体中，在胞状晶和树枝晶奥氏体中被完全抑制。经过高温均匀化退火之后，胞状晶和树枝晶形貌转变为平面晶形貌，并观察到了预马氏体相变。我们认为胞状晶和树枝晶奥氏体中成分起伏导致的局域应力场形成阻碍相变的势垒。对于弱一级预马氏体相变，局域应力场产生的势垒足以克服其较低的驱动力，进而抑制预相变的发生。对于马氏体相变来说，由于其驱动力足够高，局域势垒难以克服，所以在胞状晶和树枝晶奥氏体中仍然能观察到马氏体相变。
  • 摘要：TbDyFe 巨磁致伸缩合金以其室温磁致伸缩应变值大、磁-机械耦合系数高等特点，可有效地实现电磁能与机械能的相互转换，在国防、航空航天等高科技领域具有广阔的应用前景，因而一直是近些年磁致伸缩材料领域的研究热点。TbDyFe 合金的磁致伸缩性能具有强烈的方向性，不同晶体学方向磁致伸缩性能相差很大。所以，只有制备出具有特定晶体学方向的取向晶体或者单晶体才能获得优异的磁致伸缩性能。并且，制备出高品质TbDyFe 单晶对于研究合金凝固行为，以及深入研究TbDyFe 合金的本征磁性能更具有重要意义。目前关于TbDyFe 合金磁致伸缩性能的研究主要集中于采用定向凝固方法进行<110>和<112>取向多晶的生长。仅有极少数关于TbDyFe 合金单晶生长的报道，但是，由于该合金固有的易氧化、稀土易挥发、熔体流动性好等特点，所获得的单晶体体积小、形状不规则，成分偏析严重，单晶生长一直难度很大。本文采用光学加热悬浮区熔法，研究了TbDyFe 合金的晶体生长过程。通过调控生长速度、气流速度、旋转速度等参数，以及熔区形态控制，实现了TbDyFe 合金的稳态定向生长，已制备出TbDyFe合金单晶。
  • 摘要：上有着非常广泛的应 用。从常用的家居装饰材料到机械工业零部件，以至核电和航天工业等苛严条件下都广泛使用 奥氏体不锈钢。相对的，奥氏体不锈钢的硬度比较低，不耐磨损，且容易发生粘着，因此其主 要都是使用在非摩擦部件。众所周知，热化学表面处理比如渗碳和渗氮工艺可以提高金属材料的表面硬度和耐磨损性能，然而传统的热化学表面处理方法虽然提高了奥氏体不锈钢的硬度，但是由于在处理时有碳化铬和氮化铬等析出，使得基体贫铬，从而使耐腐蚀性能大幅下降。这个问题由于在上世纪80年代中期，通过低温热化学表面处理得到S相的发现而得到解决。rn 本文通过比较实验结果以及热力学和动力学理论分析，揭示了拉应力有利于碳原子的扩散，从而对奥氏体不锈钢表面S相的形成起到促进作用;与此同时，当外加应力超过一定值时，S相会失稳分解，生成纳米尺寸的Cr23C6，这一过程可用扩散控制的形核模型来解释。
  • 摘要：上世纪30年代美国U.S.Steel公司生产出第一批耐候钢，因其具有优良的耐大气腐蚀能力，逐渐应用于各个领域。耐候钢在生产及后期处理过程中，表面会生成一层氧化皮。一般采用酸 洗或涂装工艺将表面氧化皮去掉，若保留这层氧化皮，将对耐候钢的耐腐蚀性能产生一定的影 响。诸多研究表明，通过有效的处理方式，使热轧钢板表面生成一层致密的氧化皮时，将显著提高热轧钢的耐腐蚀性能。也有研究表明，若氧化皮内存在缺陷时，将会在钢与氧化皮之间形 成电偶电极，加速基体的腐蚀。在生成腐蚀产物过程中伴随着锈层转变现象，这为探讨带有氧化皮的耐候钢的锈层转变问题提供了依据。rn 本文主要研究带有氧化皮的耐候钢的锈层转变这一问题。由于氧化皮的存在提高耐候钢的耐蚀性能，随着腐蚀时间的增加，离子通过氧化皮的缺陷向基体扩散腐蚀初期将，小阳极大阴极的结构将加速基体的腐蚀，锈层中的物相发生转变。探讨这一转变过程将有助于我们进一步了解带有氧化皮的耐候钢的腐蚀机理。
  • 摘要：NiTi合金由于具有良好的形状记忆特性，超弹性和生物相容性，以Cu代替部分Ni，不仅使 合金的成本大大降低，而且能够减少相变温度对化学成分及热处理时间的敏感度，缩小热滞，本文采用电化学测试技术，经不同的时效处理后，对不同Cu含量的NiTiCu合金在生理盐水中的 腐蚀性能进行试验探究，为NiTiCu合金在生物医学方面的应用提供依据。
  • 摘要：T92 钢通过表面摩擦纳米化处理(SMAT)可以获得纳米层组织。分别对淬火态组织和回火态 组织进行表面纳米化处理，从图1(a)、(c)可以看到，淬火态马氏体组织经过SMAT 处理后原始 奥氏体晶粒和板条束边界已不复存在，沿着SMAT后组织的横截面依次是纳米层、剧烈变形层、 最终过渡到正常组织。纳米层和剧烈变形层大约90μm，总的形变层大约300μm。在图1(b)、(d) 中可以观察到回火马氏体组织经SMAT 处理后马氏体板条束显著变小，呈现纳米组织结构。纳 米层和剧烈变形层大约50μm，总的形变层大约150μm。相对于未处理组织而言，纳米层中碳化 物明显减小，然而在剧烈变形层中发现碳化物有所长大，沿着深度方向逐渐过渡到正常组织的碳化物尺寸。rn 此外在淬火态SMA7…剧烈变形区经回火后碳化物相对于未变形区碳化物明显粗大。研究结果表明SMAT对铁素体晶粒的再结晶行为和Mz3C6的析出长大行为有显著的影响，本文将进行详细的讨论和研究。
  • 摘要：Q-P-T 钢是最近几年发展起来的新钢种，具有高的强度和较好的塑性，其成分与典型的 TRIP 钢成分相似。但是到目前为止，Q-P-T 钢力学性能的研究基本集中在室温，为了进一步拓宽其在不同温度和应变条件下的服役，本文选择低碳（Fe-0.2C-0.03Nb-1.52Mn-1.57Si）和中碳（Fe-0.4C-0.03Nb-1.46Mn-1.58Si）Q-P-T 钢为研究对象，测试其不同温度下的力学性能。低温和中温拉伸实验在SANS 5105 拉伸实验机上进行，拉伸温度范围为-85.450℃，试样拉伸前，在每个拉伸温度点保温600 s，以使组织充分均匀，拉断后空冷至室温。
  • 摘要：本文以含氮量为0.22%、含锰量为22%的氮强化高锰奥氏体不锈钢为研究对象，经过不同温度（850-1200℃）固溶处理后冷轧，冷轧压下量为20-80%。采用金相显微镜及X 射线衍射仪等分析技术，对氮强化奥氏体不锈钢在固溶处理和轧制过程中显微组织及织构的演变进行深入研究，分析奥氏体晶粒尺寸与固溶处理温度及冷轧压下量的关系，确定晶粒尺寸及固溶温度对轧制织构的影响。实验结果表明，在850℃固溶处理时，奥氏体晶粒尺寸大约为 20μm，且随着固溶温度的增加，奥氏体晶粒直径不断增大。晶粒尺寸影响奥氏体不锈钢轧制织构的演变，在75%冷轧变形条件下，粗晶导致更强的β纤维轧制织构。在1000℃固溶处理后，氮强化高锰奥氏体不锈钢的织构主要由旋转立方织构和高斯织构组成，随着冷轧的进行旋转立方织构和高斯织构逐渐向稳定的B 取向旋转，体积分数降低，而B 取向的体积分数增加。晶体取向的变化取决于材料的塑性变形机制，旋转立方取向通过形变孪晶旋转到{112}<110>取向，而{112}<110>取向也是不稳定的，其通过位错的滑移向着高斯取向旋转。高斯取向的晶粒很难发生形变孪生，借助于位错的滑移，高斯取向沿着α纤维最终旋转到稳定的B 取向。
  • 摘要：利用高能球磨的方法制备了成分为Fe-0.93at.%C，Fe-1.77at.%C，Fe-3.27at.%C，Fe-6.19at.%C，Fe-13.34at.%C，Fe-14.21at.%C和Fe-19.40at.%C的铁碳纳米晶材料。进一步采用透射电镜，X 射线衍射，三维原子探针的方法对所制备的铁碳纳米晶材料的微观组织及碳元素在晶界处的偏析进行了系统分析。透射电镜和X射线衍射的结果表明，Fe-0.93at.%C，Fe-1.77at.%C，Fe-3.27at.%C和Fe-6.19at.%C 合金为单相纳米铁素体，Fe-13.34at.%C和Fe-14.21at.%C 合金的微观组织为纳米铁素体和渗碳体，Fe-19.40at.%C 合金为纳米铁素体，渗碳体及非晶体的混合组织；当合金碳含量小于6.19at.%时，铁素体的晶粒度随碳含量的增大而减小，当碳含量大于6.19at.%时，铁素体的晶粒度达到约6nm的最小值。三维原子探针的分析显示碳原子在铁素体的晶界处发生强烈的偏聚。本文进一步基于吉布斯等温吸附热力学理论探讨了碳元素与纳米铁素体晶界的交互作用对铁碳纳米晶形成的影响。在单相纳米铁素体铁碳合金中，当碳元素在铁素体晶界处的偏聚达到饱和时，铁素体的晶界与晶粒出现热力学平衡态，在该热力学平衡态下，碳原子在晶界及晶内的成分为定值，随合金碳含量的增大，体系需要出现更多的晶界容纳碳原子，进而导致晶粒尺寸的减小。当铁素体的晶粒度达到6nm的最小值时，纳米铁素体的晶界无法容纳更多的碳原子，剩余的碳原子将作为渗碳体析出，因此Fe-13.34at.%C和Fe-14.21at.%C 合金的相组成为铁素体和渗碳体。当合金的碳含量达到19.40at.%时，部分渗碳体在球磨引发的大塑性变形作用下发生形变诱发的非晶化，致使该合金的微观组织中同时出现纳米铁素体，渗碳体及非晶体。
  • 摘要：高性能钢铁材料的发展需要实现高强度、高塑性以及高韧性的有机结合。通常就高强的马氏体钢而言，一般通过淬火+回火的热处理工艺来提高其塑韧性。很显然，在钢中仅靠 回火马氏体一种相来提高塑韧性的作用是十分有限的。诸多研究表明，钢的微观组织结构对其力学性能具有非常重要的影响。Young, Bhadeshia以及Fan等人指出，硬（马氏体或者贝氏体相）包软（铁素体或者残余奥氏体相）的复相组织结构在提高钢的塑韧性方面的作用十分有效。采用不同的成分设计以及技术手段对钢中的复相组织进行调控已成为当今的研究热点。rn 本文采用优化后的工艺对一种更利于焊接的20SiMn2低碳、低合金钢进行了处理，通过淬火+770度双相区退火一淬火一400度配分((IQ&P)的热处理工艺获得了由亚温铁素体、马氏体以及以及弥散分布的残余奥氏体(主要分布在原奥晶界以及相界等处)所组成的多相组织。为了便于就不同热处理工艺对20SiMn2钢组织与性能的影响规律进行研究，
  • 摘要：本工作利用自创的“团簇加连接原子”结构模型探索了实用复杂合金的成分设计规律。从局域原子团簇出发，“团簇加连接原子”结构模型将合金结构分为两部分：团簇部分和连接原子部分，其中团簇是指最近邻配位多面体，通常形成于具有负混合焓作用的组元之间。以此 给出的合金成分式表达为[团簇](连接原子)x，x 表示连接原子的个数，即一个团簇与x个连接原子相匹配。前期工作中，多元体系中最佳块体金属玻璃形成成分基本满足连接原子 为1或3的情形，即[团簇](连接原子)1或3；固溶体合金中溶质原子的近程有序分布与金属玻璃相似，用此结构模型亦可确定合金化组元的含量及固溶度极限。本工作选取三个典型的合金体系来阐述基于团簇结构模型的复杂合金成分设计。
  • 摘要：在J.G.Speer 等提出的淬火分配工艺的基础上，徐祖耀提出了一种新型的热处理工艺，即淬火- 分配- 回火（Q-P-T）工艺。前期工作表明：成分为 Fe-0.485C-1.195Mn-1.185Si-0.98Ni-0.21Nb的钢经Q-P-T 处理后，其强度超过2000MPa，延 伸率超过10%，性能满足设计要求。显微组织表征表明：这种超过强度钢由纳米尺度的组 织组成，即板条马氏体，薄膜状残余奥氏体和弥散分布的含铌碳化物。本文拟通过扫描电镜和透射电镜对该钢中的含铌碳化物进行全面系统性研究及表征，结果表明：在Q-P-T 过程 中，在不同处理温度阶段形成四种不同类型的碳化物。
  • 摘要：淬火（Quenching）-分配（Partitioning）工艺是Speer 等人提出的新型热处理工艺，其 是指将奥氏体化后的钢淬火至Ms和Mf 点之间，然后再在一定的温度等温处理，使马氏体相中过饱和的碳分配（Partitioning）至残余奥氏体，进而使部分残余奥氏体稳定至室温，最后得到具有残余奥氏体的多相组织。许多学者的研究表明经Q-P 处理后的中碳含Si 钢具有 比传统Q-T 处理后更优越的强韧性，特别是强塑积（强度和塑性的乘积）得到了很大的改 善。徐祖耀先生等人在Q-P 工艺的基础上，提出了Q (Quenching)-P (Partitioning)-T (Tempering) 工艺，其是指对含有Nb、Mo和V 等碳化物形成元素的中碳含Si 高强钢，在经过Q-P 处理后，进行一定温度的回火处理，以得到弥散细小的碳化物，有利于改善高强钢的强塑性，其 将在高强钢中得到更广泛的应用。rn 本文通过研究发现，本工艺相对于传统的Q-p-T工艺而言，具有以下的创新:(1)采用不同的淬火工艺，得到含有贝氏体/马氏体+残余奥氏体的多相组织;同时实验表明淬火过程中形成的贝氏体组织有利于改善经Q-p-T高强钢的强塑性;(2)分配时间可达30min，有利于工业化生产的实施，在分配过程中未转变的奥氏体可以形成无碳化物贝氏体组织。
  • 摘要：研究钢中马氏体的孪晶亚结构具有重要的理论意义。选用含0.029%La 纯铁、40Cr、 60Si2CrV、CrWMn和Mn13 钢，分别将其加热奥氏体化后淬火，得到马氏体组织。采用 JEM-2100 高分辨透射电镜观察马氏体组织中的孪晶亚结构，并探讨其形成机制。观察表明，从超低碳钢到高碳钢，淬火马氏体中均能够产生孪晶，碳含量提高则马氏体中孪晶增加。马氏体相变过程中形成的孪晶亚结构属于相变孪晶，其形貌和形成机制与形变孪晶有所区别。孪晶亚结构的形成与马氏体相变的应变能有关，随着转变温度降低，应变能增大，马氏体长大过程中形成精细孪晶以调节应变能，这是形成相变孪晶的重要原因之一。
  • 摘要：形状记忆合金可以通过可逆的变体界面移动获得超弹性，本文通过对Mn-Cu合金马氏体相变以及其在外加应力场下变体重排的三维相场模拟，揭示了宏观结构变化与微观组织演化的关系。通过一系列静态加载与卸载的组织演化过程模拟，以及应力应变关系的建立，获得了与真实形状记忆合金相似的应力加载曲线以及组织演化过程。发现了在变体重排过程中出现的可逆以及不可逆变体界面迁移现象。通过细致的组织形态分析以及能量分析，揭示了这种界面行为是超弹性形变过程中高应变产生的原因，以及在高加载后卸载时出现的大应变滞后的物理根源。本文通过研究指出，相场动力学模型是基于系统平衡演化的能量极小的原理建立起来的，在本模型中仅考虑系统的化学自由能、界面能以及弹性能。
  • 摘要：稀土掺杂的氧化铈具有较高的离子电导率，是中/低温固体氧化物燃料电池中电解质的 重要候选材料。人们曾经期望掺杂氧化铈的电导率随掺杂含量的增加而增大。然而，实 际上在掺杂含量约为10-20at.%时，稀土掺杂氧化铈的电导率达到最大值。这个掺杂浓度远小于稀土元素在氧化铈中的最大固溶度（约40-60at.%）。一个被广泛接受的解释是掺杂离子和氧空位聚集形成缺陷团簇。由于缺陷团簇的形成降低了自由氧空位的浓度，导致电导率的下降。此外，随着掺杂含量增大，缺陷团簇本身也会长大，形成不同于团簇的微观组织，被称为缺陷微畴。为了通过微观组织设计和控制提高掺杂氧化饰的电导率，本文对这些微观组织特征进行深入研究。
  • 摘要：现代钢铁材料以高强度、高韧性、长寿命、低成本为发展方向，为了提高钢材的韧性和焊接性能，现在的发展趋势是降低碳含量，发展低碳和超低碳钢。为了弥补降碳带来的强度下降，需要加入一定的合金元素，通过析出强化来达到比较好的综合性能。Cu和Nb 就是这类常用的合金元素。本文设计了铌含量不同的三种含铜超低碳贝氏体钢，对钢的组织和性能进行研究，其化学成分如表1所示。
  • 摘要：利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、单向拉伸试验和硬度试验，研究了试验钢轧后空冷加直接回火时不同回火温度对一种屈服强度为690MPa 级高Nb 钢的组织性能的影响。结果表明，直接回火时回火温度对试验钢的屈服强度有显著影响，而对抗拉强度的影响不大，轧态组织为贝氏体和马奥岛（MA），回火后基体组织未发生明显变化，仍为贝氏体组织，随回火温度的升高马奥岛（MA）发生分解，Nb 析出强化作用明显。
  • 摘要：纳米材料是21世纪最具前景的材料。其概念是德国学者H. Gleiter 教授于上世纪80年代初提出来的，即三维空间尺度中至少有一维处于纳米尺寸（1~100nm）范围或 由他们作为基本单元构成的材料[1]。此后20 余年中纳米技术日新月异，这主要是因为一方 面纳米材料含有大量的内界面，此结构特征为深入研究固体内界面结构与性能提供了独特的 优越条件；另一方面，由于纳米材料表现出一系列优异的物理、化学和力学性能，为提高材料综合性能、开发新一代先进材料开创了一个新的领域，如对纳米薄膜、纳米管、纳米线和量子点等的研究，在现代电子工程学、传播通讯学、非线性光学、太阳能转换等现代技术领 域将领导科学和技术的发展。目前，纳米材料已在多学科中引起广泛关注，是一个前沿性和交叉性的学科领域，并正以人们未能预料的速度向前发展。本文介绍了其相变规律，以及相对稳定性等。
  • 摘要：本世纪初，Bhadeshia 等人[1-4]研发出了新型的超强纳米贝氏体钢。该钢（含高碳高 硅）经奥氏体化后冷至100～250℃进行长时间等温(Austempering)，能够形成20～40nm 厚的条状贝氏体铁素体组织，条间是薄膜状的残余奥氏体组织，该组织被称为纳米贝氏体组织（Nanobainite,NB）。它具有极好的力学性能，抗拉强度达2.5GPa，硬度超过600HV，其平 面应变断裂韧性达30～40MPa·m1/2，是传统轴承材料GCr15 钢马氏体淬回火后的两倍。与 GCr15 中块状的残余奥氏体相比薄膜状的残余奥氏体在滚动接触中会更稳定，不会因为外力的作用而发生应力诱发马氏体相变，从而引起组织变化使轴承尺寸丧失精度。其中残余奥氏体的稳定是因为由于贝氏体铁素体析出的碳富集在残余奥氏体中和贝氏体铁素体的包围限制了它的转变。因此在轴承中具有潜在的应用前景。rn 本文中，通过对材料进行不同等温时间处理，得到不同等温时间下的组织状态与力学性能，期望得到组织与性能之间的关系。
  • 摘要：为了节能、减排，汽车发动机缸体材料从早期的灰铸铁到现在的铝合金材料，轻量化研究一直在继续。现今，科研人员开始研究比铝合金密度更小的镁合金材料以应用于发动机制造，但由于镁合金材料在高温强度、耐腐蚀性等方面的限制，单独用作汽车发动机缸体、缸盖尚不能满足发动机的工作要求。为了满足发动机工作要求，德国BMW公司开发了一种新型的镁铝复合双金属结构的发动机缸体，这种缸体的内衬是铝合金，而外围结构则为镁合金材料。铝合金内衬保证了缸体工作时所需要的高温强度、耐磨、耐蚀等性能要求，外围镁合金主要是为了缸体减重。
  • 摘要：近年来，国际海事协会通过的COT耐蚀钢标准中规定，造船用钢处于上甲 板、下底板不同的环境下，年腐蚀速率要小于1mm/y，并且根据IMO 原油船货油舱涂层和防腐及可替代方案原油船货油舱耐蚀钢性能标准和试验程序的相关 要求，2013年1月1及以后签订建造合同或2016年1月1日及以后交付的所有5000 吨级以上油船必须从货油舱保护涂层和耐蚀钢方案中选择采用一种。这将对造船、钢铁、航运等相关行业产生深远影响，如果国内不能生产该型钢大量进口钢材会推高造船行业的建造成本。rn 本文通过失重法测得了实验室炼制和工业生产的两组试验钢的腐蚀速率，所得结果均小于1mm/y，符合标准。对比了不同Nb含量对于底板耐蚀性能的影响，实验数据表明提高Nb含量有助于提高底板的耐蚀性能。
  • 摘要：采用内耗方法分析了奥氏体合金钢在720℃时效不同时间MC 型碳化物析出动力学过程。结果表明，与固溶态奥氏体合金钢相比，经不同温度时效处理后，其在高温区域产生的FR 内耗峰高度幅降低且峰宽变窄。证明了时效过程固溶于奥氏体间隙中的C 发生了重新分配，碳化物析出使得基体合金含量降低。基于720℃时效不同时间FR 内耗峰峰强变化，并结合JMA 方程证明了在720℃时效过程中，间隙C 原子与奥氏体基体中固溶合金原子形成的碳化物以缺陷处为核心而形核长大。基于内耗分析结果，通过理论计算了奥氏体合金钢中碳化物(MC 型)时效析出动力学过程，表明通过FR 峰峰强可用于分析奥氏体钢中碳化物析出动力学。

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