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预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐Pb-Bi腐蚀性能的影响

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金属学报 2024年第5期60卷 639-649页

作者：潘霞张洋鹏董志宏陈胜虎姜海昌戎利建中国科学院金属研究所沈阳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

针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐Pb-Bi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐55... 详细信息

针对液态Pb-Bi共晶(LBE)冷却快堆开发了一种新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢,为进一步增强其耐Pb-Bi腐蚀性能,提升燃料组件的安全性,采用预氧化法对其进行了表面防护处理,表征了预氧化膜的结构,分析了预氧化处理对12Cr铁素体/马氏体钢耐550℃饱和氧LBE的腐蚀性能的影响。结果表明,该钢在720℃、1%O_(2)+99%N_(2)气氛中预氧化1 h时形成的氧化膜主要是(Fe,Cr)_(2)O_(3)和MnCr_(2)O_(4)氧化物,此氧化膜可有效阻止钢中Fe元素的向外扩散和LBE中O元素的向内扩散,进而提升了材料的耐LBE腐蚀性能。但由于Mn较高的扩散速率和在LBE中较高的溶解度,预氧化膜中的Mn元素会逐渐扩散和溶解至LBE,导致部分氧化膜失效并形成局部腐蚀区,当LBE腐蚀1000 h后,合金表面的局部腐蚀区可达60%。本工作揭示了新型高硅12Cr铁素体/马氏体钢中预氧化膜的微观结构、保护效果和失效机制,为进一步提升其预氧化膜的有效性和稳定性指明了方向。

关键词： Pb-Bi共晶冷却快堆铁素体/马氏体钢表面处理 Pb-Bi腐蚀预氧化膜

M50轴承钢热变形过程中孔洞形成及演化机制

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金属学报 2024年第1期60卷 57-68页

作者：侯志远刘威峰徐斌孙明月时婧任少飞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 中国海洋大学材料科学与工程学院青岛266003 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

M50轴承钢广泛应用于航空发动机主轴轴承的制造,轴承钢热加工产生的孔洞极易作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承的疲劳破坏。本工作通过热模拟实验和OM、SEM、EBSD、原位扫描等方法系统研究了不同应变速率(0.001~1 s^(-1))、变形温度(1000~1... 详细信息

M50轴承钢广泛应用于航空发动机主轴轴承的制造,轴承钢热加工产生的孔洞极易作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承的疲劳破坏。本工作通过热模拟实验和OM、SEM、EBSD、原位扫描等方法系统研究了不同应变速率(0.001~1 s^(-1))、变形温度(1000~1150℃)和应变(10%~50%)对M50轴承钢内部孔洞产生行为的影响,以及后续保温处理过程中孔洞的愈合机制。结果表明,轴承钢内部一次碳化物M2C和MC与基体硬度的差异导致非协调变形,从而在碳化物与基体交界处产生孔洞,此外碳化物的破碎也会促使孔洞在其内部形成。通过对不同条件下孔洞的产生情况进行定量分析发现,在高应变速率(1 s^(-1))、低变形温度(1000℃)、中等变形量(30%)的条件下,M50轴承钢内部产生的孔洞最多。变形后的保温处理可显著促进孔洞的愈合,其中保温处理后孔洞愈合区域富集Cr元素。

关键词： M50轴承钢一次碳化物孔洞热变形愈合

1Cr22Mn16N高氮奥氏体不锈钢塑性变形连接中界面组织演化及愈合机制

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金属学报 2024年第7期60卷 915-925页

作者：杨瑞泽翟汝宗任少飞孙明月徐斌乔岩欣杨兰兰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 江苏科技大学材料科学与工程学院镇江212003

为解决高氮奥氏体不锈钢焊接难题,以高氮奥氏体不锈钢1Cr22Mn16N为实验材料,采用塑性变形连接技术实现了1Cr22Mn16N的连接。通过OM、EBSD和TEM等手段研究了不同变形参数下的连接界面组织演化,讨论了界面愈合机理,并采用拉伸实验评估了... 详细信息

为解决高氮奥氏体不锈钢焊接难题,以高氮奥氏体不锈钢1Cr22Mn16N为实验材料,采用塑性变形连接技术实现了1Cr22Mn16N的连接。通过OM、EBSD和TEM等手段研究了不同变形参数下的连接界面组织演化,讨论了界面愈合机理,并采用拉伸实验评估了连接接头的结合强度。研究结果表明,随着变形量的增加和变形温度的升高,连接界面的结合程度显著提高。当变形温度达到1200℃,变形量为40%时,连接界面结合较好,其拉伸性能达到基体同等水平。在塑性变形连接过程中,由于热力耦合促使原始粗大的晶粒细化,在连接界面处发生不连续动态再结晶,随后再结晶晶粒核心通过消耗变形晶粒中的应变储能发生长大,诱导连接界面弯曲,晶界迁移;与此同时,位错在应力的作用下堆积和缠结,在界面附近的变形晶粒内形成了大量亚晶界,随着应力的增大发生了连续动态再结晶,使亚晶界转变成大角度晶界,促进了连接界面愈合。高氮奥氏体不锈钢1Cr22Mn16N塑性变形连接过程中,在连续动态再结晶与不连续动态再结晶的协同作用下实现了界面的连接。

关键词：高氮奥氏体不锈钢塑性变形连接动态再结晶

金属间化合物Pt_(7)Sb投影Berry相位与析氢催化关联的第一性原理计算

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金属学报 2024年第6期60卷 837-847页

作者：周彦余李江旭刘晨赖俊文高强马会孙岩陈星秋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

高效催化材料的设计是能源材料领域的重要任务之一。本工作根据寻找具有低Pt负载量的高效析氢反应(HER)催化剂的指导原则,结合投影Berry相位描述符,设计发现了性能优异的HER催化剂立方Pt_(7)Sb,其氢吸附Gibbs自由能(ΔG_(H^(*)))甚至小... 详细信息

高效催化材料的设计是能源材料领域的重要任务之一。本工作根据寻找具有低Pt负载量的高效析氢反应(HER)催化剂的指导原则,结合投影Berry相位描述符,设计发现了性能优异的HER催化剂立方Pt_(7)Sb,其氢吸附Gibbs自由能(ΔG_(H^(*)))甚至小于Pt元素。因此,在降低Pt负载量的情况下,其HER催化活性有望提高。从电子结构分析来看,2个描述符ΔG_(H^(*))和投影Berry相位之间有很好的一致性。由于投影Berry相位完全由体态(波函数相位)决定,这种一致性意味着良好的催化性能与本征电子结构的拓扑性质之间存在着密切的关系。该结果提供了一个很好的HER催化剂候选材料,降低了Pt的负载量,并为展示催化剂本征拓扑性质的作用提供了参考。

关键词：析氢反应催化剂投影Berry相位第一性原理计算

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Cu含量对管线钢耐微生物腐蚀性能的影响

金属学报 2024年第1期60卷 43-56页

作者：曾云鹏严伟史显波闫茂成单以银杨柯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师昌绪先进材料创新中心沈阳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

含Cu耐微生物腐蚀管线钢的开发和应用是解决管道微生物腐蚀难题的有效措施。本工作利用电化学测试及SEM、激光共聚焦显微镜(CLSM)等分析技术,研究了不同Cu含量(0、0.7%、1.34%,质量分数)的X65级管线钢在无菌和接种硫酸盐还原菌(SRB)的... 详细信息

含Cu耐微生物腐蚀管线钢的开发和应用是解决管道微生物腐蚀难题的有效措施。本工作利用电化学测试及SEM、激光共聚焦显微镜(CLSM)等分析技术,研究了不同Cu含量(0、0.7%、1.34%,质量分数)的X65级管线钢在无菌和接种硫酸盐还原菌(SRB)的近中性模拟土壤浸出液(NS4)中的腐蚀行为,为耐微生物腐蚀管线钢的优化设计提供依据。结果表明,随着Cu含量的升高,含Cu管线钢的抗菌性能和耐蚀性能均有所提高;当Cu含量从0增加到0.70%时,试样表面的点蚀坑密度从714 cm^(-2)下降到244 cm^(-2);当Cu含量达到1.34%时,点蚀坑密度进一步下降到67 cm^(-2);含Cu钢在腐蚀过程中持续释放的铜离子在接菌环境中的杀菌作用和其对腐蚀产物层的改善作用,以及其在无菌环境中所形成的Cu2O等保护性腐蚀产物是含Cu管线钢具有优异耐蚀性能的关键原因。

关键词：微生物腐蚀硫酸盐还原菌含Cu管线钢抗菌性能耐蚀性能

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

δ-铁素体对钠冷快堆用316KD奥氏体不锈钢热变形行为和动态再结晶的影响

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金属学报 2024年第3期60卷 367-376页

作者：陈胜虎王琪玉姜海昌戎利建中国科学院金属研究所中国科学院核用结构材料与安全评价重点实验室沈阳110016 中国科学技术大学材料科学与工程学院沈阳110016

奥氏体不锈钢中δ-铁素体的存在显著影响热加工过程中奥氏体晶粒度的控制,造成晶粒不均匀现象,关于δ-铁素体对奥氏体动态再结晶行为的影响机制尚不清楚。本工作利用Gleeble-3800热力模拟试验机在1423 K、0.1 s^(-1)条件下进行了铸态样... 详细信息

奥氏体不锈钢中δ-铁素体的存在显著影响热加工过程中奥氏体晶粒度的控制,造成晶粒不均匀现象,关于δ-铁素体对奥氏体动态再结晶行为的影响机制尚不清楚。本工作利用Gleeble-3800热力模拟试验机在1423 K、0.1 s^(-1)条件下进行了铸态样品和均质化处理态样品的热压缩实验,结合SEM、EBSD和TEM等研究了δ-铁素体对热变形行为和动态再结晶的影响。结果表明:1473 K均质化处理14 h可基本消除δ-铁素体,同时伴随着奥氏体晶粒的显著长大,计算表明δ-铁素体向奥氏体的转变速率主要受控于Cr在奥氏体中的扩散。铸态样品变形过程中,δ-铁素体内部、δ-铁素体/奥氏体界面处的塑性变形先于奥氏体相,高温下较软δ-铁素体的存在,造成铸态样品的流变应力明显低于均质化处理态无δ-铁素体样品。随着变形的进行,δ-铁素体易发生动态回复,动态回复引起的软化导致流变应力显著下降。均质化处理态样品的动态再结晶机制是原始奥氏体晶界弓出形核的不连续动态再结晶。而δ-铁素体的存在促进了δ-铁素体/奥氏体界面附近奥氏体的动态再结晶,其机制为连续动态再结晶。铸态样品中的原始奥氏体晶界为不连续动态再结晶的形核位置,2种动态再结晶机制的耦合作用使得铸态样品的动态再结晶程度显著高于均质化处理态样品。

关键词：奥氏体不锈钢 δ-铁素体均质化处理热变形动态再结晶

碳纳米管/氧化锌协同增强碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能

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材料研究学报 2024年第1期38卷 61-70页

作者：马源王函倪忠强张建岗张若南孙新阳李处森刘畅曾尤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

在碳纤维上原位生长氧化锌纳米线、沉积碳纳米管薄膜,经叠层铺设和真空辅助树脂浸渍成型制备出叠层混杂碳纤维/环氧树脂复合材料,表征其微观结构并系统地研究了这种材料的电导率和电磁屏蔽性能。结果表明,这种复合材料(厚度为2 mm)在8.2... 详细信息

在碳纤维上原位生长氧化锌纳米线、沉积碳纳米管薄膜,经叠层铺设和真空辅助树脂浸渍成型制备出叠层混杂碳纤维/环氧树脂复合材料,表征其微观结构并系统地研究了这种材料的电导率和电磁屏蔽性能。结果表明,这种复合材料(厚度为2 mm)在8.2~12.4 GHz波段的电磁屏蔽效能达到50 dB,比碳纤维复合材料提高了51.52%。这种材料的优异性能,可归因于氧化锌纳米线的高效介电损耗、连续碳纳米管薄膜的高导电性、层间多组元界面的多重反射和高效吸收损耗。

关键词：复合材料电磁屏蔽性能叠层混杂结构氧化锌纳米线碳纳米管

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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