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Cerium refinement of grains and primary carbides during solidification of Cr_(4)Mo_(4)V bearing steel

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Journal of Rare Earths 2024年第4期42卷 783-792页

作者： Weifeng liu Jianqiang Wang Mingyue Sun Bin Xu Jiahao Yao Qunbo Fan dianzhong li Chongqing Innovation Center Beijing Institute of TechnologyChongqing401135China Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang110016China

The effect of cerium(Ce)on the solidification microstructure of Cr_(4)Mo_(4)V bearing steel was investigated via a combined experimental and theoretical *** a trace amount(0.056 wt%)of Ce addition,the coarse columnar grains in as-cast microstructure transform into equiaxed ones,and the average diameter is reduced from 56 to 27μ*** network-like and bulky primary MC and M2C carbides at the interdendritic regions become disconnected and refined,and their volume percentage decreases from4.15 vol%to 2.1 vol%.Ce-inclusions acting as heterogeneous nucleation agents of prior-austenite grains and Ce atoms segregating at grain boundaries,both contribute to the refinement of *** calculations reveal that primary carbides are precipitated afterγ-austenite forms near the end of the solidification *** modification of primary carbides in size and amount is mainly attributed to the isolated remaining melt separated by refinedγ-austenite grains in which the nucleation of carbides is promoted,while the growth is restrained owing to the less segregation of alloying elements.

关键词： Cr_(4)Mo_(4)V bearing steel Rare Earths Grains Primary carbides Refinement

依托大科学装置开展建制化材料研究——大科学装置材料研究专刊前言

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金属学报 2024年第8期60卷 I0001-I0002页

作者：李殿中李昺中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

随着研究的深入,人们认识到材料变得越来越复杂化。在空间维度上,基于平移对称性的长程有序晶体结构往往并不能有效、准确地描述材料的原子结构。比如多组元合金中,多种邻近元素的原子无序占据高对称性的晶格格点位置,化学起伏造成的电... 详细信息

随着研究的深入,人们认识到材料变得越来越复杂化。在空间维度上,基于平移对称性的长程有序晶体结构往往并不能有效、准确地描述材料的原子结构。比如多组元合金中,多种邻近元素的原子无序占据高对称性的晶格格点位置,化学起伏造成的电子浓度涨落以及原子适配造成的局域应变涨落使得材料的实际结构严重偏离高对称性的平均结构。而在介观尺度上,不同于均匀结构的传统材料,具有梯度结构、核壳结构、多级结构等特殊结构的异构材料先后被报道。在时间维度上,材料准静态结构和性能往往不能真实地反映材料的本来面貌,而这必须诉诸材料的瞬态结构和性质。自然地,按照结构决定性能的朴素观点,材料结构的时空不均匀性直接导致了性能表达的不确定性。

关键词：大科学装置长程有序电子浓度梯度结构介观尺度建制化时间维度原子结构

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GCr15轴承钢时效过程碳化物的演化行为

材料研究学报 2024年第2期38卷 130-140页

作者：刘震寰李勇翰刘洋王培李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

对GCr15轴承钢进行170℃时效处理,使用SEM、TEM、XRD等手段对其表征,研究了这种钢在时效过程中碳化物的演化行为及其对性能的影响。结果表明,在840℃淬火后再在230℃回火,钢的硬度不低于59HRC,冲击韧性大幅度提高,钢中的残余奥氏体基本... 详细信息

对GCr15轴承钢进行170℃时效处理,使用SEM、TEM、XRD等手段对其表征,研究了这种钢在时效过程中碳化物的演化行为及其对性能的影响。结果表明,在840℃淬火后再在230℃回火,钢的硬度不低于59HRC,冲击韧性大幅度提高,钢中的残余奥氏体基本上消除,可保障其170℃的性能和尺寸稳定性。在时效过程中发生的碳原子配分和碳化物析出,使钢基体中碳的浓度、晶格畸变、微区应力应变先降低后稳定,过渡碳化物向非共格的渗碳体转变和粗化。这两个因素的耦合作用使钢的硬度降低、冲击韧性先升高后降低。马氏体的碳脱溶和碳化物类型的转变相互协调,使钢时效1000 h到2000 h间硬度有所回升。为了提高时效过程中钢的显微组织和性能的稳定性,淬火后又进行了深冷处理以引入高密度缺陷,促进了回火和时效过程中碳元素的配分,使析出的碳化物细小弥散并抑制了其在时效过程中的长大与粗化。深冷处理使碳化物的长大速率由298 nm^(3)/h降低到229.5 nm^(3)/h,在一定程度上延缓了性能的衰退、提高了GCr15轴承钢在真空干泵高温环境中的性能稳定性。

关键词：金属材料 GCr15钢时效处理冲击韧性深冷处理碳化物演变

GCr15钢滚动轴承疲劳剥落失效过程中一种针状相的形成

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金属学报 2024年第4期60卷 425-433页

作者：程胜孙阳赵文辉栾义坤郑成武李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870

在发生表面剥落的GCr15钢滚动轴承的表面裂纹附近发现了一种针状相,利用SEM、透射Kikuchi衍射(TKD)和TEM等表征手段研究了这种针状相的微观特征,分析了这种针状相的形成机理及其与表面裂纹的相互作用。结果表明,在GCr15钢滚动轴承表面... 详细信息

在发生表面剥落的GCr15钢滚动轴承的表面裂纹附近发现了一种针状相,利用SEM、透射Kikuchi衍射(TKD)和TEM等表征手段研究了这种针状相的微观特征,分析了这种针状相的形成机理及其与表面裂纹的相互作用。结果表明,在GCr15钢滚动轴承表面诱发的裂纹附近所形成的针状相是一种特殊的马氏体退化组织。这种针状相是因局部应力作用而形成的细长条状组织,其三维形貌为薄板状,内部存在微观孔洞和等轴状纳米晶。在滚动接触疲劳过程中,表面裂纹会优先沿针状相的微观孔洞扩展,使针状相的形成与表面裂纹的扩展相互促进,加速了轴承表面疲劳剥落的发生。

关键词： GCr15钢滚动接触疲劳表面裂纹针状相

700℃时效对9Cr ODS钢微观组织和力学性能的影响

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金属学报 2024年第5期60卷 616-626页

作者：汪建强刘威峰刘生徐斌孙明月李殿中中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所、中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学院金属研究所、沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 北京理工大学重庆创新中心重庆401135

为探究近服役温度时效行为对ODS钢微观组织和力学性能的影响,通过SEM、TEM和拉伸性能测试等方法,研究了9Cr ODS钢在700℃时效不同时间后的碳化物(M_(23)C_(6))、纳米氧化物演变和力学性能变化。结果表明:在时效初期(≤200 h),M_(23)C_(6... 详细信息

为探究近服役温度时效行为对ODS钢微观组织和力学性能的影响,通过SEM、TEM和拉伸性能测试等方法,研究了9Cr ODS钢在700℃时效不同时间后的碳化物(M_(23)C_(6))、纳米氧化物演变和力学性能变化。结果表明:在时效初期(≤200 h),M_(23)C_(6)在晶界处呈条带状快速析出并聚集长大,纳米氧化物无明显变化;在时效中期(200和1000 h),M_(23)C_(6)和纳米氧化物稳定长大;在时效后期(2000和3000 h),M_(23)C_(6)达到亚微米级,纳米氧化物的平均尺寸和数密度趋于稳定,与初始态相比,其平均尺寸的增长率为19.7%,数密度的下降率为27.1%。因纳米氧化物对不断增殖位错的钉扎,在部分晶粒内出现了位错胞和回复亚晶。9Cr ODS钢的拉伸强度在时效初期快速下降。在时效中后期,虽然纳米氧化物平均尺寸增加、数密度降低,但其钉扎作用仍然显著,以及基体中不断增殖的位错使得材料的拉伸强度维持稳定,延伸率在时效1000和2000 h期间处于低谷。

关键词： 9Cr ODS钢时效碳化物纳米氧化物力学性能

Ce元素对316LN奥氏体不锈钢高温蠕变性能的影响

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材料研究学报 2024年第1期38卷 23-32页

作者：杨仁贤马澍成蔡欣郑雷刚胡小强李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

采用蠕变持久试验机、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等实验手段,系统研究了Ce元素添加对316LN奥氏体不锈钢(316LN钢)高温蠕变行为和微观组织的影响。结果表明,添加0.032%的Ce元素使316LN钢的蠕变断裂寿命显著提高。在温度为700℃、载... 详细信息

采用蠕变持久试验机、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等实验手段,系统研究了Ce元素添加对316LN奥氏体不锈钢(316LN钢)高温蠕变行为和微观组织的影响。结果表明,添加0.032%的Ce元素使316LN钢的蠕变断裂寿命显著提高。在温度为700℃、载荷为150 MPa的条件下,添加0.032%Ce元素的316LN钢蠕变寿命为555.5 h,比不添加Ce元素时的蠕变寿命312.6 h提高了78%。在温度为600~700℃、载荷为150~200 MPa的条件下,未添加Ce元素和添加0.032%Ce元素的316LN钢对应的蠕变应力指数分别为7.64和9.07,蠕变激活能分别为415.3 kJ/mol和454.8 kJ/mol,蠕变门槛应力分别为61.7 MPa和76.6 MPa。蠕变断裂后的微观组织表明,添加0.032%的Ce元素显著促进了蠕变过程中316LN钢晶内Laves相的析出。晶内细小弥散分布的Laves相,在蠕变过程中能够阻碍位错移动,提高基体的蠕变抗力,从而有效改善蠕变性能。

关键词：金属材料 316LN奥氏体不锈钢高温蠕变稀土Ce 析出强化

冷轧中锰钢的再结晶调控及其对力学性能的影响

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金属学报 2024年第2期60卷 189-200页

作者：胡宝佳郑沁园路轶贾春妮梁田郑成武李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016 中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室沈阳110016

为探究铁素体再结晶对冷轧中锰钢微观组织与力学性能的影响规律,以0.15C-5Mn(质量分数,%)冷轧中锰钢为研究对象,采用两步临界区退火的热处理方法,利用SEM、TEM和EBSD等表征手段和力学性能测试方法,研究了铁素体再结晶调控对冷轧中锰钢... 详细信息

为探究铁素体再结晶对冷轧中锰钢微观组织与力学性能的影响规律,以0.15C-5Mn(质量分数,%)冷轧中锰钢为研究对象,采用两步临界区退火的热处理方法,利用SEM、TEM和EBSD等表征手段和力学性能测试方法,研究了铁素体再结晶调控对冷轧中锰钢多样化残余奥氏体形成及其力学性能的影响。结果表明,通过在不同温度预先调控冷轧中锰钢中的铁素体再结晶,可获得由不同比例的等轴状再结晶铁素体和马氏体组成的双相细晶组织。经常规退火处理后,在终态组织中形成了不同体积分数的超细晶再结晶铁素体和呈等轴状/板条状形貌的多样化细晶残余奥氏体,使中锰钢在拉伸变形过程中表现出多样化的TRIP效应,在提升冷轧中锰钢强塑性能的同时,其Lüders变形也获得改善。

关键词：冷轧中锰钢铁素体再结晶残余奥氏体 TRIP效应力学性能

冷拉拔钢丝横截面应变不均匀性的晶体塑性研究

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材料研究学报 2024年第2期38卷 81-91页

作者：赵勇刘腾远贾春妮杨朕聃陈响军王培李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

建立钢丝多道次拉拔宏观有限元和珠光体团等效晶体塑性有限元相耦合的多尺度模型,研究了冷拉拔钢丝横截面的应变分布、应变路径的演化规律和应变量及应变路径对材料强化效应的影响。结果表明,钢丝冷拉拔后其横截面上的塑性应变量呈现出... 详细信息

建立钢丝多道次拉拔宏观有限元和珠光体团等效晶体塑性有限元相耦合的多尺度模型,研究了冷拉拔钢丝横截面的应变分布、应变路径的演化规律和应变量及应变路径对材料强化效应的影响。结果表明,钢丝冷拉拔后其横截面上的塑性应变量呈现出从心部到表面先升高后降低的分布特征,钢丝心部区域的应变路径接近等比例加载,而靠近表面区域的应变路径则比较曲折。曲折多变的应变路径使更多的滑移系开动,从而产生额外的强化最终使材料的硬度提高。横截面不同位置的应变量和应变路径差异的综合作用,使冷拔钢丝横截面上次表层的硬度最高。

关键词：材料合成与加工工艺应变不均匀性晶体塑性有限元冷拉拔钢丝应变路径

Multi-scale dendritic patterns sequentially superimposed in a primary semi-solid matrix

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Journal of Materials Science & Technology 2022年第12期107卷 26-33页

作者： Xiaoping Ma dianzhong li Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesWenhua Road No.72Shenyang 110016PR China

The principle and control for solidification present crucial *** in situ and real time observation on the solidification of M50 bearing steel,here we discovered that the base of conventional dendritic arms is constituted by a primary semi-solid *** to the superimposition of temperature fluctuations from the large to the subtle scale,multi-scale dendritic patterns will sequentially emerge and evolve in the primary semi-solid *** findings redefine the essence of multi-scale dendrites as the multi-scale segregation patterns in the primary semi-solid matrix,reconstitute the time and space sequence in the formation of multi-scale dendrites,and reveal the superimposition of temperature fluctuation as the driving *** new understandings will fundamentally influence the solidification *** results also indicate important engineering applications,such as designing multi-scale dendrites,controlling the dendritic segregation and eliminating the detrimental eutectics.

关键词： Solidification Dendrite Microstructures Microsegregation Macrosegregation