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NiAl、Cu在40CrNi3MoV钢中的析出行为及其对力学性能的影响

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金属学报 2023年

作者：梁恩溥徐乐王毛球时捷钢铁研究总院特殊钢研究所

为提高40CrNi3MoV钢的力学性能,在40CrNi3MoV钢中添加Al、Cu元素,研究了调质处理后实验用钢中的NiAl、Cu析出行为和及其对力学性能的影响。利用SEM、TEM和EDS等手段表征了NiAl、Cu析出相的成分、结构、尺寸和形貌,通过三维原子探针(3DAP... 详细信息

为提高40CrNi3MoV钢的力学性能,在40CrNi3MoV钢中添加Al、Cu元素,研究了调质处理后实验用钢中的NiAl、Cu析出行为和及其对力学性能的影响。利用SEM、TEM和EDS等手段表征了NiAl、Cu析出相的成分、结构、尺寸和形貌,通过三维原子探针(3DAP)对析出相形成元素的分布特征进行表征,对比研究了实验用钢的力学性能。结果表明,只添加Al元素后实验用钢中形成与基体共格的B2-NiAl析出相,这些NiAl相主要在晶界处析出且尺寸较大;进一步添加Cu元素后,析出了与基体共格的bcc结构富Cu相,添加Cu后减少了大尺寸NiAl相在晶界处的析出,促进了晶内纳米级NiAl析出。实验用钢中的NiAl析出相和基体点阵错配度小,对抗拉强度提供了200MPa强化增量;添加Cu后,均匀分布的细小富Cu相和被细化的NiAl相增加了对位错的阻碍作用,屈服强度进一步提高了200 MPa,然而大量细小高密度的NiAl和Cu析出相降低了拉伸过程中产生裂纹的临界应变,因此与只添加Al元素的实验用钢相比,抗拉强度并未提高。

关键词： 40CrNi3MoV钢 NiAl和Cu析出 3DAP 拉伸强度

Mn元素在7A99铝合金中微观组态分布的研究

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稀有金属材料与工程 2021年第3期50卷 876-880页

作者：高文林陈军洲孙刚黄粒陆政北京航空材料研究院北京100095 北京市先进铝合金材料及应用工程技术研究中心北京100095

通过半连续铸造方式向7A99铝合金中添加0.4%Mn(质量分数)元素,采用SEM、TEM、HRTEM与三维原子探针(3DAP)开展Mn元素在7A99铝合金铸锭、均匀化以及固溶时效过程中的微观组态分布的研究。结果表明,Mn元素在7A99铝合金铸锭中主要以晶界处... 详细信息

通过半连续铸造方式向7A99铝合金中添加0.4%Mn(质量分数)元素,采用SEM、TEM、HRTEM与三维原子探针(3DAP)开展Mn元素在7A99铝合金铸锭、均匀化以及固溶时效过程中的微观组态分布的研究。结果表明,Mn元素在7A99铝合金铸锭中主要以晶界处鱼骨状的含AlZnMgCuMn的MgZn2型非平衡共晶化合物形式存在;均匀化处理后,Mn元素在7A99铝合金中主要以Al_(6)Mn析出相与断续、细小、颗粒状的含AlZnMgCuMn的S型(Al_(2)CuMg)第二相形式存在;固溶处理后,Mn元素主要以Al_(6)Mn析出相形式存在,其尺寸范围处于0.2~1μm;120℃时效过程中,Mn元素始终主要以与尺寸稳定、与铝基体非共格的Al_(6)Mn析出相形式存在;Mn元素在120℃时效过程中未析出新相,且未参与影响7A99铝合金中Zn、Mg元素的时效析出行为。

关键词： Mn元素 7A99铝合金 TEM HRTEM 3DAP 微观组态分布

NiAl和Cu在40CrNi3MoV钢中的析出行为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 201-210页

作者：梁恩溥徐乐王毛球时捷钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院北京100081

为提高40CrNi3MoV钢的力学性能,在40CrNi3MoV钢中添加Al、Cu元素,研究了调质处理后实验用钢中的NiAl、Cu析出行为及其对力学性能的影响。利用SEM、TEM和EDS等手段表征了NiAl和Cu析出相的成分、结构、尺寸和形貌,通过三维原子探针(3DAP)... 详细信息

为提高40CrNi3MoV钢的力学性能,在40CrNi3MoV钢中添加Al、Cu元素,研究了调质处理后实验用钢中的NiAl、Cu析出行为及其对力学性能的影响。利用SEM、TEM和EDS等手段表征了NiAl和Cu析出相的成分、结构、尺寸和形貌,通过三维原子探针(3DAP)对析出相形成元素的分布特征进行表征,对比研究了实验用钢的力学性能。结果表明,只添加Al元素后实验用钢中形成与基体共格的B2-NiAl析出相,这些NiAl相主要在晶界处析出且尺寸较大;进一步添加Cu元素后,析出了与基体共格的bcc结构富Cu相,添加Cu后减少了大尺寸NiAl相在晶界处的析出,促进了晶内纳米级NiAl析出。实验用钢中的NiAl析出相和基体点阵错配度小,对抗拉强度提供了200 MPa强化增量;添加Cu后,均匀分布的细小富Cu相和被细化的NiAl相增加了对位错的阻碍作用,屈服强度进一步提高了200 MPa,然而大量细小高密度的NiAl和Cu析出相降低了拉伸过程中产生裂纹的临界应变,因此与只添加Al元素的实验用钢相比,抗拉强度并未提高。

关键词： 40CrNi3MoV钢 NiAl和Cu析出 3DAP 拉伸强度

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低碳低合金钢中纳米富Cu相的析出特征

金属热处理 2018年第2期43卷 72-76页

作者：解辉王伟上海工程技术大学材料工程学院

低碳低合金钢样品经880℃加热0.5 h后水淬,再进行660℃保温10 h的调质处理,最后分别在370℃和400℃等温时效3000 h和2000 h后,利用高分辨透射电镜（HRTEM）、能谱仪（EDS）以及三维原子探针（3DAP）相结合的方法,分析低碳低合金钢中析... 详细信息

低碳低合金钢样品经880℃加热0.5 h后水淬,再进行660℃保温10 h的调质处理,最后分别在370℃和400℃等温时效3000 h和2000 h后,利用高分辨透射电镜（HRTEM）、能谱仪（EDS）以及三维原子探针（3DAP）相结合的方法,分析低碳低合金钢中析出的纳米富Cu相的晶体结构和Cu、Mn、Ni原子分布特征。在HRTEM图像中观察到长轴约9.3 nm,短轴约6.1 nm的短棒状纳米富Cu相,其结构为正交9R结构且互为孪生关系,其中9R结构与α-Fe基体存在一定位向关系,即：（011）_（bcc）//（114）_（9R）,[111]_（bcc）//[110]_（9R）。说明Cu早期析出时可能由bcc结构优先转变孪晶正交9R结构,而不是直接转变为fcc结构。利用3DAP技术可以看出,在富Cu原子团簇形核长大过程中,Mn、Ni原子会偏聚在Cu与α-Fe基体的界面处,造成这种现象,除了富Cu原子团簇在富Ni、富Mn区域形核且在长大过程不断向外排挤Mn、Ni原子外,Cu与α-Fe基体界面存在较高的共格畸变能也会造成Mn、Ni原子的偏聚,进而阻碍富Cu原子团簇的长大。

关键词： HRTEM 3DAP 纳米富Cu相孪晶9R结构

基于3DAP及第一性原理的Al-Si-Cu-Mg合金团簇及沉淀演变

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特种铸造及有色合金 2014年第8期34卷 787-790页

作者：田畅李荣德李润霞王瑞春曲迎东沈阳工业大学辽宁省轻金属材料与工程重点实验室

基于Three Dimensional Atom Probe（3DAP）以及First-Principles对Al-Si-Cu-Mg合金中团簇及后续沉淀的演变过程进行了研究。3DAP试验表明,Al-1.0Si-1.5Cu-0.5Mg合金时效0.25h后基体中主要存在点状的Si-Si团簇、Si-Mg团簇、Si-Mg-Cu团簇,与第一性原理计算所表明的以上各结构中溶质原子间结合较强的结果相符,同时由于大量Si原子的扩散聚集,导致Si-Cu团簇结构出现;时效0.25-2h后基体中Si、Mg、Cu原子继续聚集,点状的Si-Si、Si-Cu、Si-Mg团簇长大并向针状的Si-Mg-Cu团簇演变;时效2-4h后,Si、Mg、Cu原子继续聚集,促进针状Si-Mg-Cu结构长大的同时,部分大尺寸的Si-Mg-Cu结构逐渐向板条状的Q′相转变,同时富Cu结构出现。

关键词： 3DAP 第一性原理铸造Al-Si-Cu-Mg合金时效团簇沉淀

含Cu和Ni低碳高强度钢等时回火析出富Cu相的研究

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金属学报 2013年第5期49卷 569-575页

作者：余锡模赵世金上海大学材料研究所上海200072 上海大学微结构重点实验室上海200444

用显微硬度计、HRTEM和三维原子探针(31AP)对含Cu和Ni低碳高强度钢等时回火析出的富Cu相进行了研究.结果表明:回火过程中,基体发生软化,富Cu相析出,板条状马氏体逐渐转变成多边形状铁素体;在500℃时富Cu相强化作用达到最大值;设置不同... 详细信息

用显微硬度计、HRTEM和三维原子探针(31AP)对含Cu和Ni低碳高强度钢等时回火析出的富Cu相进行了研究.结果表明:回火过程中,基体发生软化,富Cu相析出,板条状马氏体逐渐转变成多边形状铁素体;在500℃时富Cu相强化作用达到最大值;设置不同的Cu等浓度值时,在400-500℃富Cu相的数量变化幅度大,在500-650℃富Cu相的数量基本不变;在晶界处发生C,Mo,P和Cu的偏聚;晶界处Cu浓度高于基体,为富Cu相的形核和长大提供了有利条件;在析出的富Cu相与基体的过渡层上发生Ni,Mn和Al的偏聚,这些偏聚元素与富Cu相核心共同形成核-壳结构.

关键词：富Cu相 3DAP 硬度偏聚 HRTEM

The precipitation strengthening behavior of Cu-rich phase in Nb contained advanced Fe-Cr-Ni type austenitic heat resistant steel for USC power plant application

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Progress in Natural Science:Materials International 2012年第3期22卷 175-185页

作者： Cheng-yu Chi a, Hong-yao Yu b, Jian-xin Dong b, Wen-qing Liu c, Shi-chang Cheng d, Zheng-dong Liu d, Xi-shan Xie b a School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science & Technology Beijing, Beijing 100083, China b School of Materials Science and Engineering, University of Science & Technology Beijing, Beijing 100083, China c Instrumental Analysis & Research Center, Shanghai University, Shanghai 200444, China d Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China School of Metallurgical and Ecological Engineering University of Science & Technology Beijing Beijing 100083 China School of Materials Science and Engineering University of Science & Technology Beijing Beijing 100083 China Instrumental Analysis & Research Center Shanghai University Shanghai 200444 China Central Iron and Steel Research Institute Beijing 100081 China

Copper has been used as a strengthening element in newly developed Fe-Cr-Ni type austenitic heat resistant steel for inducing Cu-rich phase precipitation to meet high temperature strength requirement for 600 ℃ Ultra Super-Critical (USC) coal fired power plants for many years. However, the precipitation behavior and strengthening mechanism of Cu-rich phase in these advanced austenitic heat resistant steels is still unclear. In order to understand the precipitation strengthening behavior of Cu-rich phase and to promote high strength austenitic heat resistant steel development, 18 Cr9 NiCuNb steel which is a Cu-added Nb contained advanced Fe-Cr-Ni type austenitic heat resistant steel has been selected for this study to be aged at 650 ℃ till to 10,000 h. Micro-hardness and room temperature tensile test were conducted after long-time aging. SEM, TEM, HRTEM and three dimensional atom probe (3DAP) technology accompanying with thermodynamic calculation have been used to investigate the Cu-rich phase precipitation behavior during 650 ℃ aging. The experimental results showed that Cu atoms can quickly concentrate in clusters at very early precipitation stage to form the fine nano-size Cu-rich "segregation areas" within less than 1 h at 650 ℃. With increasing aging time at 650 ℃ Cu atoms continuously concentrate to Cu-rich segregation areas (clusters) and simultaneously other kinds of atoms such as Fe, Cr and Ni diffuse away from Cu-rich segregation areas to austenitic matrix, and finally to complete the transformation from Cu-rich segregation areas to Cu-rich phase. However, there is only Cu atoms concentration but not crystallographic transformation from early stage of Cu-rich clusters forming to the final Cu-rich phase formation. Even the Cu atom becomes the main composed element after 500 h aging at 650 ℃ the Cu-rich phase still keeps coherent relationship with austenitic matrix. According the experimental results in this study, Cu-rich phase precipitation sequence which starts from the Cu atom segregation followed by th

关键词： USC power plant Austenitic heat resistant steel Microstructure Cu-rich phase TEM 3DAP

Cu对6082铝合金加热过程中微观组织的影响

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材料热处理学报 2011年第7期32卷 116-120页

作者：杨丽丽金曼邵光杰夏朝峰张明上海大学材料科学与工程学院上海200072

研究了添加Cu0.60%对6082铝合金连续加热过程中微观组织变化的影响。结果表明,含0.6%Cu的6082铝合金在50℃到450℃内出现4个放热峰,且放热峰的中心温度均低于不含Cu的6082铝合金放热峰的中心温度。根据透射电镜及三维原子探针的观察可知... 详细信息

研究了添加Cu0.60%对6082铝合金连续加热过程中微观组织变化的影响。结果表明,含0.6%Cu的6082铝合金在50℃到450℃内出现4个放热峰,且放热峰的中心温度均低于不含Cu的6082铝合金放热峰的中心温度。根据透射电镜及三维原子探针的观察可知,元素Cu使6082铝合金连续加热过程中,析出相的析出时间缩短,析出温度下降,析出相的析出数量增加。

关键词： 6082铝合金 DSC 3DAP TEM

大尺寸风电螺栓用42CrMo钢淬透性及其力学性能的研究

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大尺寸风电螺栓用42CrMo钢淬透性及其力学性能的研究

作者：吕超然钢铁研究总院

学位级别：硕士

42CrMo钢经过调质处理(淬火+回火)可以获得良好的强度和韧性,因此被作为制造大规格螺栓等零部件的常用材料。由于此类零部件应用环境的影响,对于其制造材料不仅要求具备良好的强度、韧性、延展性等综合性能,还要求高的低温冲击性能,特... 详细信息

42CrMo钢经过调质处理(淬火+回火)可以获得良好的强度和韧性,因此被作为制造大规格螺栓等零部件的常用材料。由于此类零部件应用环境的影响,对于其制造材料不仅要求具备良好的强度、韧性、延展性等综合性能,还要求高的低温冲击性能,特别是大规格的螺栓(42mm≤Φ≤64mm),其截面尺寸的增加导致淬火后材料心部除马氏体组织产生外,作为不完全淬火组织的贝氏体组织比例增加,难以实现截面性能的均匀性和保证心部的低温冲击性能。因此为保证大规格螺栓的服役性能,要求材料要具有良好的淬透性,即淬火后心部马氏体组织达到90%以上。虽然通过控制生产工艺可以改善材料的淬透性,但是影响材料淬透性的根本原因是材料的化学成分。本文针对大规格螺栓钢淬透性问题,在42CrMo钢基础成分上配合添加元素Al、B、Ti,同时控制钢的N含量,研究了Al添加对42CrMo钢淬透性和淬火组织以及性能的影响,并与含B钢进行对比,揭示Al对不同尺寸42CrMo钢淬透性的影响规律。具体研究内容如下:在42CrMo钢基础成分中配合添加Al-Ti和Al-B元素,通过末端淬火实验和截面硬度实验对比分析设计钢与42CrMo钢淬透性的差异,并通过金相显微镜OM、扫描电镜SEM观察不同部位淬火后组织形貌以及回火后微观组织和断口形貌,通过常规力学性能检测其常温拉伸和低温冲击性能,利用三维原子探针(3DAP)分析元素分布。结果表明Al-Ti、Al-B的添加均使42CrMo钢淬透性提高,Al-B配合添加的42CrMo钢淬透性最好,直接淬火后截面心部马氏体组织大于90%;并且使钢的抗拉强度Rm≥1200MPa,-40℃下冲击吸收功KV≥27J,力学性能满足低温环境下12.9级螺栓用钢的使用要求。通过化学相分析实验和CCT曲线测定,表明Al-Ti配合添加,Ti发挥固氮作用形成TiN,使Al固溶于铁素体中,抑制贝氏体产生;Al-B配合添加,当Al的添加含量较高,使得相同温度下AlN优先BN析出,这一部分Al发挥固氮作用,另外一部分Al与B共同固溶于钢中,抑制珠光体和铁素体的转变,增加实验钢在较低的冷速下获得马氏体的能力,提高钢的淬透性。通过3DAP实验分析钢中各元素的分布情况,其中Al元素在钢中弥散分布,抑制C的扩散,从而抑制贝氏体的形成,提高钢的淬透性。

关键词： 42CrMo钢淬透性 3DAP 力学性能相分析