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合金元素对镍铝青铜合金铸态组织与性能的影响

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合金元素对镍铝青铜合金铸态组织与性能的影响

作者：邓荟源北京有色金属研究总院

学位级别：硕士

镍铝青铜(NAB)合金与BFe10-1.6-1(B10)合金电偶匹配良好,具有高强度以及优异的耐海水腐蚀性能、焊接性能、抑制海洋微生物等特性,广泛用于铜镍合金海水管路泵阀和其他海洋工程装备制造中。镍铝青铜合金中的主要合金元素包括Al、Ni、Fe... 详细信息

镍铝青铜(NAB)合金与BFe10-1.6-1(B10)合金电偶匹配良好,具有高强度以及优异的耐海水腐蚀性能、焊接性能、抑制海洋微生物等特性,广泛用于铜镍合金海水管路泵阀和其他海洋工程装备制造中。镍铝青铜合金中的主要合金元素包括Al、Ni、Fe、Mn等,元素的种类和含量直接决定了合金的组织和性能。工业化镍铝青铜合金成分的标称范围较宽泛,为了进一步调控合金的综合性能,以适配复杂的应用场景,需要对合金元素的作用机理进行更加细致的研究。本论文在ZCuA19-4-4-2合金的成分基础上,对Al、Ni、Fe、Mn等四种合金元素含量进行调控,制备出了9种镍铝青铜合金。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、电化学工作站等仪器研究了合金成分对微观组织、力学性能、耐蚀性能的影响规律,为镍铝青铜合金成分的精细化调控提供了实验支撑,有助于进一步挖掘镍铝青铜在复杂应用环境中的性能潜力。在镍铝青铜合金中,随着Al含量从8 wt.%增加至10 wt.%,强度高的κⅡ和κⅢ含量逐渐增多,而塑性好的基体α相含量逐渐降低。这导致合金的延伸率下降,强度和硬度升高。并且,大量α+κⅢ共析组织造成了合金的耐蚀性能下降。在浸泡30天后,合金的腐蚀速率从0.0068 mm/a升高至0.0136 mm/a。随着Ni含量从3 wt.%增加至5 wt.%,基体α相与β’相含量逐渐减少,金属间化合物κ相含量增加,更多Ni元素固溶于α相中。通过第二相强化和固溶强化,合金的强度和硬度上升,延伸率下降。Ni含量增加使耐腐蚀性能较差的β’相含量降低,合金的电极电位提高,减小了镍铝青铜合金与B10合金之间的电偶腐蚀倾向。随着Fe元素含量从2wt.%增加至4wt.%,κⅡ相含量逐渐增加,合金的强度和硬度上升。Fe元素可以抑制合金表面的电荷转移,从而提高合金的极化电阻,促进镍铁氧化物的生成,降低合金的腐蚀深度,使得合金膜层更加致密,提高耐蚀性。随着Mn含量从0增加至4 wt.%,合金的微观组织逐渐细化,其中基体α相的细化更为显著,β相的稳定性得到了提升。Mn含量变化对合金的静态耐腐蚀性能几乎没有影响,但2 wt.%的Mn含量提高了合金的极化电阻,降低了镍铝青铜合金与B10合金的电偶腐蚀倾向。

关键词：镍铝青铜合金元素铸态组织力学性能耐蚀性能

254SMO不锈钢铸态组织及其高温固溶处理工艺

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金属热处理 2021年第11期46卷 195-199页

作者：高昂钱张信刘德学兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 酒泉钢铁(集团)有限责任公司甘肃嘉峪关735100

通过显微组织观察和背散射电子扫描观察了不同时间、不同温度的固溶处理对超级奥氏体不锈钢254SMO铸态组织的影响,并采用电子探针技术观察了钢中σ相的溶解过程。结果表明,随着固溶时间和温度的增加,不锈钢中的铸态枝晶组织逐渐消融,偏... 详细信息

通过显微组织观察和背散射电子扫描观察了不同时间、不同温度的固溶处理对超级奥氏体不锈钢254SMO铸态组织的影响,并采用电子探针技术观察了钢中σ相的溶解过程。结果表明,随着固溶时间和温度的增加,不锈钢中的铸态枝晶组织逐渐消融,偏析逐渐消除,σ相逐渐溶解并转化为δ相(铁素体)。其中1280℃×9 h固溶处理的效果最好。

关键词：固溶处理 254SMO不锈钢 σ相铸态组织

建筑用Al-6.0Mg-xSi合金的铸态组织与力学性能

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热加工工艺 2022年第24期51卷 37-40页

作者：赵妍李想徐晨起吉林建筑科技学院吉林长春130000 长春工业大学机械工程学院吉林长春130000 四川省建筑设计研究院四川成都610007

采用OM、SEM、硬度测试和拉伸试验等研究了Si含量对铸造Al-6.0Mg-xSi合金组织与力学性能的影响。结果表明:不含Si的铸造Al-6.0Mg合金组织由α-Al基体和不规则的块状Al_(3)Mg_(2)相组成。随着Si含量的增加,铸造Al-6.0Mg-xSi合金中骨骼状... 详细信息

采用OM、SEM、硬度测试和拉伸试验等研究了Si含量对铸造Al-6.0Mg-xSi合金组织与力学性能的影响。结果表明:不含Si的铸造Al-6.0Mg合金组织由α-Al基体和不规则的块状Al_(3)Mg_(2)相组成。随着Si含量的增加,铸造Al-6.0Mg-xSi合金中骨骼状的Mg_(2)Si相的数量不断增加,并在晶界处不断聚集长大,块状的Al_(3)Mg_(2)相的数量不断减少。随着Si含量的增加,铸造Al-6.0Mg-xSi合金的强度先升高后下降,硬度逐渐提高,伸长率不断下降。Si含量为1.6%时,合金的强度达到最大值,其抗拉强度和屈服强度分别达到264.8、226.3 MPa。

关键词： Al-Mg-Si合金 Si元素铸态组织力学性能

B元素对S31254超奥钢铸态组织及热塑性的影响

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B元素对S31254超奥钢铸态组织及热塑性的影响

作者：李帅太原理工大学

学位级别：硕士

超级奥氏体不锈钢是一种拥有高合金元素(如Cr、Ni、Mo与N)、碳的含量比较低且含铜的单相奥氏体组织不锈钢。高的Mo含量大大提升了超级奥氏体不锈钢S31254的耐点蚀和耐缝隙腐蚀能力,然而铸锭的生产过程中由于各个位置冷却速度不相同,元... 详细信息

超级奥氏体不锈钢是一种拥有高合金元素(如Cr、Ni、Mo与N)、碳的含量比较低且含铜的单相奥氏体组织不锈钢。高的Mo含量大大提升了超级奥氏体不锈钢S31254的耐点蚀和耐缝隙腐蚀能力,然而铸锭的生产过程中由于各个位置冷却速度不相同,元素扩散速率不一致,导致晶界前沿析出严重。大量的析出相造成了回熔困难,且容易在回溶过程中造成晶粒长大。其次,析出相也造成流变应力的增加,致使热加工困难,容易导致轧制开裂,成品率降低。因此,改善铸态组织凝固过程中成分偏析、减少凝固与变形过程中析出相的析出,减少热轧开裂成为S31254迫切需要解决的问题。本文主要针对超级奥氏体不锈钢S31254(6Mo)在制备、热加工过程中导致的元素偏析、二次相析出严重以及高的热变形抗力导致的热塑性差、轧制易开裂、生产成品率低的问题,针对性提出了B微合金化,制备了S31254与S31254-B(添加40 ppm硼)两种超级奥氏体不锈钢。系统地研究了硼对S31254的析出和微观结构的影响,探索最佳均质化回熔制度且对比B元素添加的影响。对S31254与S31254-B两种试样进行了温度为950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1200℃,应变速率为0.01 s、0.1 s、1 s、10s,变形量为70%的热变形实验。通过对应力-应变曲线的分析,得出温度、应变速率、变形量对不锈钢热变形中流变应力的影响。由于950℃析出严重,因此重点分析对比S31254与S31254-B在950℃、0.01 s的热变形过程中B的作用。采用扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)研究了B元素对热变形过程中变形程度、形变析出、组织开裂以及回复再结晶等微观组织的影响。本研究得到的主要的结论如下:(1)通过对S31254-B与S31254铸态组织观察发现,两种试样在中心位置处元素偏析最为严重,形成发达的枝晶或等轴晶。其中Mo元素偏析最为严重在枝晶间形成富Mo的σ相。S31254-B与S31254相比枝晶尺寸明显减小,Mo元素偏析减轻,析出相的数量较少、尺寸减小。在之后的均质化回熔过程中,S31254的最佳热处理制度为1250℃、4h,S31254-B的最佳热处理制度为1200℃、4h,1250℃、2h。B元素加快了S31254均质化回熔的速度。(2)通过对热压缩试验后应力-应变曲线分析发现,S31254与S31254-B两种试样在应变速率为0.01 s、0.1 s时动态再结晶回复最为明显。流变应力随着热变形温度上升而下降,随着应变速率增加而增大。在950℃、0.01 s的曲线中,加工硬化速率和流动应力明显随B的添加而降低。(3)B的添加减少变形过程中的析出,使变形组织更加均匀,减缓裂纹开裂的倾向,尤其在靠近边缘部位,S31254-B的微裂纹明显要比S31254的少。(4)通过对变形后组织的晶粒分析表明,B元素明显增加了亚晶粒以及再结晶晶粒的占比,减少了变形晶粒的占比,促进动态再结晶对组织的“软化”。其次,B的加入也会改变位错的分布,减缓位错塞积,降低位错密度。总的来说,B元素的添加改善了S31254超级奥氏体不锈钢的热加工性能。

关键词：超级奥氏体不锈钢 B微合金化析出相铸态组织动态再结晶

Zr含量对6061铝合金铸态组织及力学性能的影响

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兵器材料科学与工程 2020年第3期43卷 91-94页

作者：仲丽苏娜王雷赵霞刘晓红孙跃军山东交通学院工程机械学院山东济南250357

利用坩埚炉制备不同Zr含量的6061铝合金,研究Zr对合金铸态组织和力学性能影响。结果表明:Zr的加入可细化6061铝合金晶粒,随Zr的增加,合金晶粒度先增加后降低,在Zr的质量分数为0.3%时,晶粒度近似达到6级;Zr对6061铝合金的抗拉强度和硬度... 详细信息

利用坩埚炉制备不同Zr含量的6061铝合金,研究Zr对合金铸态组织和力学性能影响。结果表明:Zr的加入可细化6061铝合金晶粒,随Zr的增加,合金晶粒度先增加后降低,在Zr的质量分数为0.3%时,晶粒度近似达到6级;Zr对6061铝合金的抗拉强度和硬度有一定影响,随Zr含量的增加,合金的抗拉强度和硬度先提高后降低;当Zr的质量分数为0.3%时,合金的抗拉强度和硬度达到最大值,分别为164 MPa和59.8HB。

关键词： 6061铝合金 Zr 铸态组织力学性能

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铸态钇锆合金的组织结构及维氏硬度的研究

稀有金属 2022年第3期46卷 315-323页

作者：刘芳辰王智辉闫国庆袁学韬王力军有研科技集团有限公司生物冶金国家工程实验室北京101407 有研资源环境技术研究院有限公司北京101407 北京有色金属研究总院北京100088

为了研究Zr对钇合金铸态组织结构、元素分布和维氏硬度的影响,本文使用磁悬浮感应熔炼,对钇合金进行5次熔炼,得到成分偏差小于0.3%、杂质含量低于0.05%、表面质量好的钇合金铸锭。采用X射线衍射(XRD)对合金的物相结构进行标定,随着Zr含... 详细信息

为了研究Zr对钇合金铸态组织结构、元素分布和维氏硬度的影响,本文使用磁悬浮感应熔炼,对钇合金进行5次熔炼,得到成分偏差小于0.3%、杂质含量低于0.05%、表面质量好的钇合金铸锭。采用X射线衍射(XRD)对合金的物相结构进行标定,随着Zr含量的添加,合金中α-Zr的特征峰逐渐明显,且Y在铸态合金中显示出了固溶度的扩展,对α-Y的晶格参数进行计算,得到室温下Zr在铸态合金中的极限固溶度,约为4%(质量分数)。使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对合金的组织进行分析,当Zr的含量小于5%时,钇锆合金组织由简单的等轴晶组成;当Zr的含量大于5%时,晶界处有共晶组织出现。随着Zr含量的增加,晶粒尺寸逐渐减小,说明Zr对Y合金有显著的晶粒细化的作用。经EDS检测,元素Zr主要在晶界位置分布。使用数显维氏硬度计对材料的维氏硬度进行测量,发现当Zr的添加量为1%~20%时,合金元素Zr的添加会增强钇合金的维氏硬度。

关键词：钇锆合金铸态组织固溶度细化晶粒维氏硬度

微量钪、锆对Al-Zn-Mg合金铸态组织演变的影响

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金属热处理 2019年第3期44卷 50-57页

作者：王凯先尹登峰胡婷卢少康付理王华韦道明中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 中南大学有色金属先进结构材料与制造协同创新中心湖南长沙410083 烟台南山学院工学院山东烟台265713

对复合添加了稀土元素Sc、Zr的Al-Zn-Mg合金采用光学显微镜(OM)、电子探针(EPMA)、差热分析(DSC)等分析和测试方法,探究不同含量的Sc、Zr添加量对Al-Zn-Mg合金铸态组织演变的影响。结果表明,稀土元素Sc、Zr的复合添加对铸态晶粒产生了... 详细信息

对复合添加了稀土元素Sc、Zr的Al-Zn-Mg合金采用光学显微镜(OM)、电子探针(EPMA)、差热分析(DSC)等分析和测试方法,探究不同含量的Sc、Zr添加量对Al-Zn-Mg合金铸态组织演变的影响。结果表明,稀土元素Sc、Zr的复合添加对铸态晶粒产生了细化效果,铸态合金元素大多数偏聚在晶界或者晶内,随着Sc、Zr的含量增加,元素分布趋于均匀,第二相数目开始减少,晶粒大小也逐渐减少。470℃×24 h均匀化退火之后,枝晶组织得到消除,大部分非平衡T相也溶入基体,只有少量难溶的Fe、Si杂质相残留在晶界上,同时合金中重新析出小尺寸的MgZn_2相。随着Sc、Zr含量的增加,第二相的回溶和晶粒细化效果得到了提高。

关键词： Al-Zn-Mg合金铸态组织均匀化第二相

镍含量对高碳铁素体不锈钢铸态组织及腐蚀性能的影响

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铸造 2021年第6期70卷 700-702,703,704,705页

作者：梁小凯窦为学钢铁研究总院工程用钢所北京100081 敬业钢铁有限公司河北石家庄050400

采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计、Thermal-calc热力学软件等设备和腐蚀试验,研究了镍含量对高碳铁素体不锈钢Cr30A铸态组织及耐腐蚀性能的影响。铸态组织分析结果表明,当镍含量低于1.5%时,可以得到铁素体+离异共晶铬系碳化物组织... 详细信息

采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计、Thermal-calc热力学软件等设备和腐蚀试验,研究了镍含量对高碳铁素体不锈钢Cr30A铸态组织及耐腐蚀性能的影响。铸态组织分析结果表明,当镍含量低于1.5%时,可以得到铁素体+离异共晶铬系碳化物组织;镍含量高于2.0%时,可以得到铁素体+铁素体/铬系碳化物共析团的组织类型。耐腐蚀试验表明,由于相界面及贫铬区减少,含铁素体+离异共晶铬系碳化物合金的耐腐蚀性能显著优于含铁素体+铁素体/铬系碳化物共析团的合金。

关键词：高碳铁素体不锈钢铸态组织镍含量

Fe元素对Ti-45Al合金铸态组织及硬度的影响

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稀有金属 2015年第6期39卷 498-503页

作者：杨慧敏骆良顺宋美慧齐海群王春艳杨闯黑龙江工程学院材料与化学工程学院黑龙江哈尔滨150050 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 黑龙江省科学院高技术研究院黑龙江哈尔滨150090

利用非自耗真空电弧熔炼炉获得了Ti-45Al-xFe合金钮扣锭,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和洛氏硬度仪研究了Fe含量的变化对Ti-45Al-xFe合金铸态组织及硬度的影响规律。结果表明:随着Fe含量的增加,Ti-45Al-xFe合金的显微组织演化... 详细信息

利用非自耗真空电弧熔炼炉获得了Ti-45Al-xFe合金钮扣锭,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和洛氏硬度仪研究了Fe含量的变化对Ti-45Al-xFe合金铸态组织及硬度的影响规律。结果表明:随着Fe含量的增加,Ti-45Al-xFe合金的显微组织演化过程依次经历了如下阶段:具有四重对称的树枝晶→具有四重对称的树枝晶+枝晶间较小的γ相+少量的B2相→具有六重对称的树枝晶+板条状的γ相+大量的B2相,而且在Ti-45Al-xFe合金中B2相的析出量也随之增加。另外,随着Fe含量的增加,Ti-45Al-xFe合金中的凝固初生相由β相向α相演化。通过对Ti-45Al-xFe合金进行硬度试验发现,其硬度拟合曲线呈现先降低后增加的变化趋势。这主要是由于Ti-45Al-xFe合金中B2相的大量析出及其显微组织形态的变化所致,当Fe含量大于5%(原子分数)时,Ti-45Al-xFe合金的显微组织中的B2相的形态发生了明显的变化,并且该B2相的内部呈现蜂窝形状。因此,由于该B2相的组织形态导致了Ti-45Al-xFe合金的硬度值增加。

关键词： Ti-45Al合金合金化 Fe元素铸态组织硬度