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耐老化马氏体时效不锈钢纳米析出相和逆变奥氏体调控研究进展

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材料导报 2024年第4期38卷 151-157页

作者：吕润涛周张健白冰杨文北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 中国原子能科学研究院北京102413

马氏体时效不锈钢通过中温时效可析出高数密度超细纳米级析出相,使其获得高强度和一定的韧性。但是,当马氏体时效不锈钢在中低温下长期服役时,由于富Cu相、NiAl相等析出强化相的粗化及Fe-Cr基体调幅分解形成脆性富Cr相等,其延展性和冲... 详细信息

马氏体时效不锈钢通过中温时效可析出高数密度超细纳米级析出相,使其获得高强度和一定的韧性。但是,当马氏体时效不锈钢在中低温下长期服役时,由于富Cu相、NiAl相等析出强化相的粗化及Fe-Cr基体调幅分解形成脆性富Cr相等,其延展性和冲击性能大幅降低,出现明显的热老化脆化问题,给服役安全性带来隐患。通过适当降低铬含量和析出元素含量、提高镍含量可有效抑制析出强化相的粗化及脆性相的析出。若进一步通过成分设计和热处理调控获得适量的逆变奥氏体,可望有效改善其热老化脆化问题。本文介绍了马氏体时效不锈钢的成分设计原则、析出相特点及其热稳定性对热老化脆化的影响,综述了有利于提高组织热老化稳定性的马氏体时效不锈钢中纳米析出强化相和逆变奥氏体的调控方法,为新型耐老化马氏体时效不锈钢的成分设计和制备提供参考。

关键词：马氏体时效不锈钢纳米析出相逆变奥氏体热老化

基于界面和纳米析出相材料的抗辐照损伤机制研究进展

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科学通报 2023年第9期68卷 1125-1140页

作者：杜进隆徐川付恩刚北京大学物理学院技术物理系北京100871 北京大学核物理与核技术国家重点实验室北京100871

核能是重要的清洁、可靠和可持续的能源.核能的发展离不开高性能的核反应堆结构材料,这些结构材料在高温、高剂量辐照的环境下长时间服役,其性能在很大程度上决定反应堆的使用寿命.载能粒子轰击会在材料中引入大量缺陷,这些缺陷随时间... 详细信息

核能是重要的清洁、可靠和可持续的能源.核能的发展离不开高性能的核反应堆结构材料,这些结构材料在高温、高剂量辐照的环境下长时间服役,其性能在很大程度上决定反应堆的使用寿命.载能粒子轰击会在材料中引入大量缺陷,这些缺陷随时间的演变往往造成材料组织结构的改变,从而引起材料性能的下降,甚至失效.具有更苛刻服役条件的先进反应堆急需具有更优异抗辐照损伤性能的结构材料.抗辐照损伤材料设计的本质就是通过成分和微观结构等设计来提高材料中载能粒子辐照所引入缺陷的湮灭能力,从而提高材料的抗辐照性能.基于界面的抗辐照损伤设计是近几十年抗辐照损伤材料设计的主要思路.本文从抗辐照损伤机理研究存在的挑战出发,主要综述了基于界面的抗辐照材料结构、成分设计及特点,已经提出的抗辐照损伤设计方案及相关机理,重点介绍了北京大学技术物理系核技术应用团队基于界面以及提出的循环溶解再析出的纳米析出相的抗辐照损伤材料设计及机理方面的研究进展,并对未来基于界面和纳米析出相抗辐照损伤设计的研究进行了展望.

关键词：核结构材料辐照损伤和效应界面纳米析出相抗辐照机制

可相变的纳米析出相诱发亚稳低温钢的高延展性

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Science Bulletin 2023年第12期68卷 1243-1247,M0003页

作者：黎雨李伟王斌君闵娜刘文庆刘慧彬金学军 Tadashi Furuhara Institute of Advanced Steels and Materials School of Materials Science and EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China School of Material Science and Engineering Shanghai Institute of TechnologyShanghai 201418China Key Laboratory for Microstructures Shanghai UniversityShanghai 200444China Baosteel Research Institute Shanghai 201900China Institute for Materials Research Tohoku UniversitySendai 980-8577Japan

纳米析出相在所有合金中都被用作额外的增强相,但大多数情况,特别是在低温环境下,纳米析出相的引入会严重降低材料的塑性和可加工性.这一强塑性倒置问题仍然亟待解决.基于此,本文发现了一种可相变的纳米析出相(TNP),通过其在变形过程的... 详细信息

纳米析出相在所有合金中都被用作额外的增强相,但大多数情况,特别是在低温环境下,纳米析出相的引入会严重降低材料的塑性和可加工性.这一强塑性倒置问题仍然亟待解决.基于此,本文发现了一种可相变的纳米析出相(TNP),通过其在变形过程的相变行为在亚稳基体中诱发了以微带和孪晶马氏体为主的多阶段变形机制.与不含TNP的低温钢相比,可持续的两阶段加工硬化能力使其在77 K下的屈服强度和均匀伸长率都能分别提高30%和65%.微带和析出相之间的交互作用不仅使微观结构得到动态细化,也将孪晶马氏体推迟至应变后期发生.此外,这一相变行为也可以缓解界面的错配应变,阻碍孪晶生长并获得更均匀的变形.这一研究结果证明了析出诱发塑性的创新机制,可为在极端环境下析出强化的应用提供新的方向.

关键词：纳米析出相加工硬化能力低温钢相变行为析出强化可加工性李晶极端环境

低碳高强钢中纳米析出相回火过程中的透射分析

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钢铁研究学报 2013年第3期25卷 39-45页

作者：左龙飞倪睿王自东陈晓华北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083

研究了一种800MPa级低碳高强钢中纳米析出相在回火过程中的演变规律。通过透射、高分辨电镜,并结合能谱仪系统分析了不同回火温度下析出相的形貌特征及其与基体的位相关系。研究表明,低碳高强钢中的纳米析出相主要为Nb、Ti、V、Mo等元... 详细信息

研究了一种800MPa级低碳高强钢中纳米析出相在回火过程中的演变规律。通过透射、高分辨电镜,并结合能谱仪系统分析了不同回火温度下析出相的形貌特征及其与基体的位相关系。研究表明,低碳高强钢中的纳米析出相主要为Nb、Ti、V、Mo等元素的碳氮化物,低温回火时主要为Nb、Ti的二元析出,高温回火后则为含Mo、V、Ti、Nb等多种元素的复合碳化物析出;钢中纳米析出相按大小分为两类,大尺寸颗粒是钢在轧制过程中形变诱导析出的,小尺寸颗粒是钢在回火过程中相变诱导析出的;同时,随回火温度的升高,钢中的析出相均慢慢长大并粗化,长大方式为典型的Oswald熟化机制;析出相与母相基体之间存在特定的取向关系,在析出的开始阶段,析出与基体的界面基本保持共格关系,析出相形状主要为球形或者类球形,随着回火温度的升高,析出逐渐长大并粗化,形状渐渐变为方形或者椭圆形,同时与基体脱离共格界面,保持的界面关系为:{100}MC∥{100}α-Fe,MC∥α-Fe。

关键词：低碳高强钢纳米析出相透射电镜

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纳米析出相强化硬质合金的微结构及性能研究

纳米析出相强化硬质合金的微结构及性能研究

作者：黄公治湖南工业大学

学位级别：硕士

硬质合金作为重要的工具材料,在工业上有广泛应用。硬质合金粘结相的性能决定了合金的耐磨性、耐腐蚀性以及韧性。利用纳米析出相来强化硬质合金粘结相,可显著提升合金的性能,因而受到了研究者们的广泛关注。本文通过时效热处理方法在WC... 详细信息

硬质合金作为重要的工具材料,在工业上有广泛应用。硬质合金粘结相的性能决定了合金的耐磨性、耐腐蚀性以及韧性。利用纳米析出相来强化硬质合金粘结相,可显著提升合金的性能,因而受到了研究者们的广泛关注。本文通过时效热处理方法在WC-Co和WC-Co-Ni-Al硬质合金的粘结相中析出纳米相,系统的研究了合金碳含量、时效时间和温度、Al N添加量等因素对纳米析出相析出规律以及合金性能的影响。本文主要研究内容如下:(1)通过对不同碳含量的WC-10Co与WC-20Co硬质合金在不同温度和时间下进行时效处理,成功实现了粘结相中析出纳米相。扫描电镜(SEM)图片和X射线衍射(XRD)分析证明了该析出相为D0结构CoW相,呈条纹状,厚度在50 nm以下。该析出相对合金碳含量敏感,对于WC-10Co硬质合金,当且仅当碳含量在5.31%附近时才会有析出相析出,碳含量波动超过0.03%则不会产生析出相。WC-20Co合金的微结构表征表明:增加合金的Co含量可有效扩大CoW纳米相析出的碳含量区间。随时效温度的升高,合金矫顽磁力(Hc)会增加,D0结构CoW析出相的析出数量会增加并粗化,延长时效时间会产生同样的效果。(2)通过维氏硬度、纳米压痕、摩擦磨损及电化学腐蚀等检测,探究了D0结构CoW析出相对合金性能的影响。维氏硬度和纳米压痕实验表明,纳米析出相的强化作用使得合金的维氏硬度提高了120～170 MPa,粘结相纳米硬度提高了40～50%。摩擦磨损实验表明强化后的粘结相使得合金摩擦系数降低,质量损失减少了29.4～49.9%。电化学腐蚀实验证明该析出相使得合金在酸或碱性溶液中的耐腐蚀性都有了一定的提高。(3)通过添加Al N的方式在WC-Co-Ni硬质合金中引入了Al元素,运用差示扫描量热分析(DSC)检测得到了烧结过程中Al N的分解温度以及合金液相点。对合金进行不同温度的时效处理,使合金中产生了纳米级的析出相,SEM图像表明:析出相为L有序结构NiAl;在600℃时效10 h后,粘结相中产生了极细小的纳米析出相;时效温度的升高会使析出相粗化,但尺寸小于150 nm;在600℃时效10 h后,合金维氏硬度(HV)、抗弯强度(TRS)以及断裂韧性(K)分别提高了95 MPa、290 MPa、0.6 MPa m。粗化的析出相会使合金的硬度进一步增加,但降低了TRS及K的提升效果。

关键词：硬质合金粘结相时效纳米析出相

高强高导Cu-Cr-Zr系合金纳米析出相及其作用机理的研究进展

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材料导报 2009年第1期23卷 72-76页

作者：姜锋陈小波陈蒙蒋龙向周丹王炜中南大学材料科学与工程学院长沙410083

Cu-Cr-Zr系合金是目前高强高导电铜合金研究的热点,其优异的性能与其纳米析出相密切相关。综述了不同合金体系纳米析出相的晶体结构,总结了合金中各合金元素的作用机理和微量稀土元素的作用,指出了当前研究中存在的问题,并展望了其今后... 详细信息

Cu-Cr-Zr系合金是目前高强高导电铜合金研究的热点,其优异的性能与其纳米析出相密切相关。综述了不同合金体系纳米析出相的晶体结构,总结了合金中各合金元素的作用机理和微量稀土元素的作用,指出了当前研究中存在的问题,并展望了其今后的发展。

关键词：高强高导 Cu—Cr-Zr系合金作用机理纳米析出相

AlCuMgAg合金时效后的择优纳米析出相

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电子显微学报 2006年第S1期 120-121页

作者：马秀梅孙威孙莉张泽北京工业大学固体微结构与性能研究所北京工业大学固体微结构与性能研究所北京100022

Al-Cu合金纳米析出相回溶和再析出的研究现状及发展趋势

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包装学报 2020年第2期12卷 6-15页

作者：范才河何文静王舒王俊红陈苏王磊戴南山湖南工业大学冶金与材料工程学院湖南株洲412007 瞬态冲击技术重点实验室北京102202 中国空间技术研究院北京100094 株洲中车特种装备科技有限公司湖南株洲412000

综述了Al-Cu合金在强塑性变形过程中纳米析出相的演变规律,室温强塑性变形诱导Al-Cu合金析出相回溶,导致基体重新形成过饱和固溶体,继续对合金进行强塑性变形或时效处理,基体中析出再析出相,合金的力学性能显著提高。综合分析了析出相... 详细信息

综述了Al-Cu合金在强塑性变形过程中纳米析出相的演变规律,室温强塑性变形诱导Al-Cu合金析出相回溶,导致基体重新形成过饱和固溶体,继续对合金进行强塑性变形或时效处理,基体中析出再析出相,合金的力学性能显著提高。综合分析了析出相回溶的机理、机制及回溶和再析出对Al-Cu合金组织和性能的影响,阐述了Al-Cu合金纳米析出相回溶和再析出的研究方向和发展趋势,以期为制备性能优异的Al-Cu合金材料提供理论参考。

关键词： Al-Cu合金纳米析出相回溶再析出

CSP工艺生产的新一代普通碳素钢中纳米析出相的透射电镜研究

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CSP工艺生产的新一代普通碳素钢中纳米析出相的透射电镜研究