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冷轧纯钛晶界脆化和应力腐蚀

钛工业进展 1995年第5期12卷 33-33页

作者：蔡学章

目前用于长纤维增强复合材的SiC有两种:一种是美国航空公司(AVCO)制造的,称之为SCSi(i=2,6,8,9)长纤维,另一种是英国BP公司制造的,称之为SM1240和SM1140的长纤维.研究采用SM1240长纤维,即具有钨芯和涂有碳(1.42μm厚)和TiBx(0.65μm厚)... 详细信息

目前用于长纤维增强复合材的SiC有两种:一种是美国航空公司(AVCO)制造的,称之为SCSi(i=2,6,8,9)长纤维,另一种是英国BP公司制造的,称之为SM1240和SM1140的长纤维.研究采用SM1240长纤维,即具有钨芯和涂有碳(1.42μm厚)和TiBx(0.65μm厚)双重涂层的SiC纤维,与80～100μm厚的Ti—6Al—4V箔材在1173K下热等静压制得复合材.利用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),透射电子能耗谱(EELS)以及俄歇电子谱(AES)和扫描俄歇电子显微镜(SAM)等方法,观察分析复合材界面扩散层的组织结构及元素分布等.

关键词：冷轧纯钛晶界脆化应力腐蚀钛

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汽车高强钢簇状翘皮缺陷成因分析及控制

中国冶金 2024年

作者：倪有金朱克然龚坚黄福祥亢小敏吴友谊王彦峰陈瑾北京首钢股份有限公司迁顺技术中心北京首钢股份有限公司制造部北京首钢股份有限公司炼钢作业部

为了减少590 MPa级别汽车高强钢板表面簇状翘皮缺陷，对该缺陷的成因和机制进行了分析和调查。结果表明，该缺陷起源于铸坯上表面宽度1/4和3/4区域的皮下微裂纹，此类包晶高Nb钢和中高铝钢对裂纹较为敏感的主要原因在于NbCN和AlN在矫直... 详细信息

为了减少590 MPa级别汽车高强钢板表面簇状翘皮缺陷，对该缺陷的成因和机制进行了分析和调查。结果表明，该缺陷起源于铸坯上表面宽度1/4和3/4区域的皮下微裂纹，此类包晶高Nb钢和中高铝钢对裂纹较为敏感的主要原因在于NbCN和AlN在矫直区温度大量析出造成晶界脆化，包晶钢凝固坯壳不均匀和高铝钢由于渣-钢变性反应导致的深振痕加大了应力集中和裂纹敏感性。结合钢种凝固特性，分别采取了控制钢水N元素质量分数不高于0.004 0%、按w([Ti])/w([N]) =4～5添加Ti、设计开发新型保护渣以及优化连铸工艺等措施，裂纹指数由12～20个/m降低到0.03～0.20个/m，簇状翘皮缺陷发生率由29.8%降低到0.5%以下。

关键词：高强钢簇状翘皮裂纹晶界脆化析出物深振痕

合金元素对电弧沉积铜/钢界面渗透裂纹的影响及机理研究

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合金元素对电弧沉积铜/钢界面渗透裂纹的影响及机理研究

作者：芮云鹏东南大学

学位级别：硕士

锡青铜具有优良的耐磨性、耐腐蚀性能,同时加工性能和力学性能也比较优异,因此被广泛应用于汽车、船舶作为滑动轴承、齿轮、轴瓦等耐磨部件。作为轴瓦材料,锡青铜通常与钢复合制备锡青铜/钢复合材料,但传统铸造、粉末冶金制备的锡青铜/... 详细信息

锡青铜具有优良的耐磨性、耐腐蚀性能,同时加工性能和力学性能也比较优异,因此被广泛应用于汽车、船舶作为滑动轴承、齿轮、轴瓦等耐磨部件。作为轴瓦材料,锡青铜通常与钢复合制备锡青铜/钢复合材料,但传统铸造、粉末冶金制备的锡青铜/钢双金属材料往往存在着成分不均匀、结合相对较差等问题。通过电弧沉积制备的锡青铜/钢双金属具有较高的结合强度,而且沉积层致密度高,提高了锡青铜/钢双金属的综合性能。但是通过这种液固复合方式在薄钢板上制备锡青铜/钢双金属时,铜合金元素会沿钢基板晶界渗透,对钢基板的性能造成影响,进而影响薄壁轴瓦双金属的可靠性。本文主要研究电弧沉积锡青铜过程中不同合金元素的渗透行为和渗透裂纹形成机理,并通过对比各元素对晶界的作用,提出和验证抑制渗透裂纹的方法,制备出消除了渗透裂纹的锡青铜/钢双金属材料。首先对低碳钢基板上电弧沉积S213锡青铜后的渗透裂纹形貌、分布以及渗透裂纹对钢基板力学性能的影响进行研究。结果表明,锡青铜渗透裂纹起源于铜/钢界面处,沿着钢晶界渗透,Cu、Sn元素在晶界中富集会导致晶界脆化,降低钢基板的力学性能,并且渗透裂纹的严重情况与电弧沉积热输入量成正比。通过第一性原理计算锡青铜中常见原子(Cu、Sn、Zn、Ni、Al)对钢渗透晶界的作用,结果表明这五种原子在进入钢晶界后都会对晶界造成弱化,其中Sn、Zn原子对晶界的弱化较为严重,而Ni、Al原子虽然也会造成一定的弱化,但对晶界的危害较小。因此在Cu、Sn原子的共同作用下会导致晶界在较小的应力下就被拉开,降低了渗透原子通过的能垒,从而可以快速渗透,形成大量的渗透裂纹。而Ni、Al原子与Cu原子共同作用时,对晶界的弱化较低,能够在一定程度上阻止渗透原子在晶界上的快速扩散,抑制渗透裂纹的产生。基于第一性原理研究结果,提出通过降低液态锡青铜中Sn元素的含量,并提高Ni元素或Al元素含量的方式抑制渗透裂纹。采用Sn含量更低的S212锡青铜作为沉积层合金来验证Sn含量对渗透裂纹的影响可以发现,Sn含量的降低在一定程度上减少了渗透裂纹的数量,但渗透裂纹的情况依旧很严重。Sn元素在Fe晶界的快速扩散会降低晶界强度,且Sn元素在晶界中的富集会降低液态Cu-Sn金属的熔点,增加液态锡青铜在晶界中的扩散时长,导致渗透裂纹的加剧。为进一步验证第一性原理的分析结果,在钢基板上制备Zn、Ni、Al镀层后再电弧沉积锡青铜沉积层。镀Zn层只在低热输入的情况下对渗透裂纹的形成有削弱作用,而且并不能完全抑制住渗透裂纹的形成,在热输入量增加后,渗透裂纹的严重情况快速加剧。在镀Ni钢基板上电弧沉积锡青铜后,会在锡青铜/钢界面处形成一层2μm左右富Ni的过渡层,并且在一定的工艺区间内消除了渗透裂纹的产生。在镀Al钢基板上电弧沉积锡青铜后会在锡青铜/钢界面上方形成30-40μm的Al元素富集区,该富集区可以分为两层,其中靠近铜/钢界面的是Al、Cu、Fe混合形成的6-7μm过渡层,过渡层上方是Al元素向锡青铜沉积层扩散形成的Al、Cu、Sn混合区域,整个Al元素富集区中Al元素含量要低于Ni元素富集区中Ni的含量。与镀Ni层作用相似,镀Al层也可以在低热输入量下消除渗透裂纹,但当热输入量增加后,镀Ni和镀Al钢基板上还是会产生渗透裂纹。

关键词：电弧沉积锡青铜渗透裂纹合金元素晶界脆化

4Cr14Ni14W2Mo钢渗氮层剥落的研究

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金属热处理 1992年第4期17卷 12-16页

作者：宋伟马茂元常天义李云志哈尔滨船舶工程学院 150009 黑龙江省七六七研究所

系统地研究了4Cr14Ni14W2Mo钢的组织因素对其渗氮层剥落的影响,并对剥落机理进行了探讨。结果表明,晶粒大小、晶界碳化物的状态、形变因素和渗氮层特性是影响渗氮层剥落的重要因素。渗氮在晶界处造成的拉应力和碳化物(M_(23)C_6)及氮化... 详细信息

系统地研究了4Cr14Ni14W2Mo钢的组织因素对其渗氮层剥落的影响,并对剥落机理进行了探讨。结果表明,晶粒大小、晶界碳化物的状态、形变因素和渗氮层特性是影响渗氮层剥落的重要因素。渗氮在晶界处造成的拉应力和碳化物(M_(23)C_6)及氮化物(Fe_4N)对晶界的脆化作用是导致渗氮层剥落的根本原因。

关键词：渗氮层剥落晶界脆化耐热钢

杂质元素对fcc铁晶界力学性能影响的第一性原理研究

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杂质元素对fcc铁晶界力学性能影响的第一性原理研究

作者：刘梦迪中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

氢环境中金属材料在服役条件下往往会发生沿晶开裂,从而导致金属材料的力学性能降低,发生脆性断裂,也称氢脆。而目前,氢原子促使晶界开裂从而降低材料塑性的机制仍然不够明确。因此,从原子尺度上揭示氢致晶界脆化的机制,对氢致沿晶开裂... 详细信息

氢环境中金属材料在服役条件下往往会发生沿晶开裂,从而导致金属材料的力学性能降低,发生脆性断裂,也称氢脆。而目前,氢原子促使晶界开裂从而降低材料塑性的机制仍然不够明确。因此,从原子尺度上揭示氢致晶界脆化的机制,对氢致沿晶开裂的预防是十分有必要的。本文采用第一性原理拉伸试验方法研究了氢原子对晶界拉伸变形行为的影响,讨论了氢原子与晶界原子的相互作用,并在此基础上揭示了氢致晶界脆化机制。计算结果表明氢原子导致晶界脆化的原因主要是氢原子吸引了邻近铁原子的电子,使得铁原子之间的电子密度减小,键合作用减弱,从而降低了晶界的结合力。在此基础上,本文研究了铬和氢共同偏析时晶界在拉伸应变条件下的响应,探究了铬原子对氢致晶界开裂的作用机制。铬与氢原子同时存在时,氢原子在晶界偏析时吸引了邻近铁原子周围的电子,呈典型的离子键特征,使得其近邻处Fe-Fe之间的电子密度减小,相互作用力减弱。而铬原子与邻近的铁原子形成较强的键合作用,使晶界处Fe-Fe键进一步被弱化。而随着应变的不断增加,Fe-Fe键发生断裂,Fe-Cr原子间作用力迅速弱化,不足以补偿Fe-Fe键断裂产生的局部应力,从而晶界发生断裂,因此铬和氢的共偏析使晶间断裂提前发生。

关键词： γ-Fe晶界氢原子铬原子第一性原理计算晶界脆化

无间隙原子钢中磷的晶界偏聚及其对材料脆性的影响

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无间隙原子钢中磷的晶界偏聚及其对材料脆性的影响

作者：赵禹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来随着汽车工业的迅速发展和冶金技术的不断进步，无间隙原子钢（interstitial free steel,以下简称IF钢）已经取代沸腾钢和镇静钢并作为第三代深冲钢被广泛应用于工业制造领域尤其是汽车工业领域。IF钢具有良好深冲性的同时通过添... 详细信息

近年来随着汽车工业的迅速发展和冶金技术的不断进步，无间隙原子钢（interstitial free steel,以下简称IF钢）已经取代沸腾钢和镇静钢并作为第三代深冲钢被广泛应用于工业制造领域尤其是汽车工业领域。IF钢具有良好深冲性的同时通过添加溶质原子（如P、Si、Mn等）达到固溶强化的目的。P是IF钢最有效的固溶强化元素，然而P在固溶强化的同时容易发生晶界偏聚，从而使IF钢的脆性增加。有研究表明P的晶界偏聚是导致钢脆化的重要原因，而在IF钢中P的晶界偏聚对脆性的影响尤为重要。这是因为IF钢的晶界上没有多余的C、N原子，晶界光滑且强度很低，若有P原子在晶界偏聚，则会大大降低晶界结合力，导致钢的脆性明显增加。导致P晶界偏聚的因素有很多，本文主要研究IF钢在高温时效时P的晶界偏聚及其对材料脆性的影响。首先对IF钢于960℃奥氏体化淬火后再在880℃保温30min水冷获得统一的铁素体组织。随后，分别在520℃、600℃以及680℃恒温时效。金相组织分析表明晶粒尺寸约为225μm左右，组织为铁素体。维氏硬度测量表明，不同温度时效后IF钢的硬度都均在92HV左右。因此，硬度、组织对IF钢脆性的影响可以认为是统一的，不同试样之间没有差别。通过俄歇能谱分析法测量时效后IF钢中P的晶界浓度。结果表明520℃、600℃及680℃下P的平衡偏聚浓度分别为23at.%、19.2at.%及16.5at.%。利用平衡晶界偏聚理论，计算得到P在IF钢中的偏聚熵（△S）约为-28.7J/mol·K，偏聚焓（△H）约为16.3kJ/mol。此外，680℃时效条件下P的晶界偏聚动力学测量表明，P在IF钢中具有非平衡晶界偏聚现象，非平衡晶界偏聚的临界时间约为30min。P晶界浓度随保温时间的变化趋势与理论模拟曲线相符合，验证了非平衡偏聚理论应用的有效性。对680℃时效的试样进行冲击试验并通过断口观察，确定各试样的韧脆转变温度（ductile-to-brittle transition temperature，以下简称DBTT）。分析发现，DBTT随保温时间的变化趋势与P晶界浓度的变化趋势一致，DBTT与P晶界浓度之间存在线性关系。线性拟合得到两者之间的关系式为：DBTT(℃)=4.43Cp64.76，其中Cp代表P晶界浓度（at.%）。随后，通过晶界偏聚理论及DBTT与P晶界浓度的关系式，预测了不同时效温度下IF钢的DBTT。最后，分析了P基体浓度变化、时效温度变化对IF钢DBTT的影响。

关键词：无间隙原子钢晶界偏聚韧-脆转变温度晶界脆化

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含锡易切削中碳钢的切削加工性能

钢铁研究学报 2018年第1期30卷 66-70页

作者：张永军韩静涛北京科技大学材料科学与工程学院

含锡易切削钢是一种环境友好的钢铁材料。对利用真空感应炉冶炼锡的质量分数为0.16%的试验用含锡易切削中碳钢,经过热锻成型直径100 mm的圆钢。之后,在C6140无极调速机床上对其进行切削加工性能试验研究,同时利用二次离子质谱仪对Sn、S... 详细信息

含锡易切削钢是一种环境友好的钢铁材料。对利用真空感应炉冶炼锡的质量分数为0.16%的试验用含锡易切削中碳钢,经过热锻成型直径100 mm的圆钢。之后,在C6140无极调速机床上对其进行切削加工性能试验研究,同时利用二次离子质谱仪对Sn、S、Mn合金元素在试验用含锡易切削钢中的分布进行表面线、面扫描的质谱分析。研究结果表明,试验钢的相对切削系数为1.75;切屑的形状主要呈C型,并伴有少量螺旋屑,说明该钢具有良好的切削加工性,能够满足高速切削加工的要求。锡在晶界和Mn S界面上偏聚的这种分布特点以及锡的低熔点特性而引起的晶界脆化,熔融金属脆性,以及切削刀具与切屑、工件界面之间的润滑剂——熔融锡的润滑作用,可以认为是该钢易切削的主要机理。

关键词：含锡易切削钢切削加工性能晶界脆化熔融金属脆性润滑作用

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压力容器用钢表面裂纹分析与控制

金属热处理 2017年第11期42卷 187-191页

作者：杨慧贤杨昊赵英利刘洁葛晶晶任玲玲禹青霄禹继志河钢集团钢研总院河北石家庄050023 国华(河北)新能源有限公司河北张家口075000

针对压力容器用钢表面出现星状裂纹现象,通过金相显微镜、扫描电镜、电子探针对压力容器用钢表面裂纹进行宏观形貌、化学成分、元素偏析、夹杂物分析。结果表明:表面裂纹产生的主要原因是结晶器铜板磨损破裂,导致Cu和Ni溶入钢液,使晶界... 详细信息

针对压力容器用钢表面出现星状裂纹现象,通过金相显微镜、扫描电镜、电子探针对压力容器用钢表面裂纹进行宏观形貌、化学成分、元素偏析、夹杂物分析。结果表明:表面裂纹产生的主要原因是结晶器铜板磨损破裂,导致Cu和Ni溶入钢液,使晶界脆化,产生热脆现象,形成裂纹源。同时,裂纹内部大颗粒高熔点夹杂物的存在,保护渣选择不合适,也是裂纹源形成原因之一。为此,在实际生产中,对连铸工艺进行严格控制,防止此类缺陷产生。

关键词：表面裂纹结晶器晶界脆化保护渣宏观形貌

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晶界结构与金属材料的各种性质

东北大学学报(自然科学版) 1980年第3期 1-11页

作者：辛岛诚一崔永植中国东北工学院名誉教授日本东北大学工学部教授、工学博士

晶界的存在对金属和合金的各种性质有重要影响,这点已为人所共知;另方面,对晶界的结构,近来也从理论上和实验上搞清了。为弄清楚在金属及合金中的晶界结构与某些特性之间的关系,在我们的研究中对诸如晶界滑移、晶界偏析以及由于液态金... 详细信息

晶界的存在对金属和合金的各种性质有重要影响,这点已为人所共知;另方面,对晶界的结构,近来也从理论上和实验上搞清了。为弄清楚在金属及合金中的晶界结构与某些特性之间的关系,在我们的研究中对诸如晶界滑移、晶界偏析以及由于液态金属引起的脆裂等进行了若干实验。本文即根据这些实验写出的。必须强调的是,以上这些特性在很大程度上取决于晶界结构。

关键词：晶界滑移依赖关系晶界结构晶界脆化晶界偏析晶格晶种金属材料