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金属顶刊《Acta》全面提醒G相强化铁素体不锈钢的分出进程!

发布时间:Saturday 4th of February 2023 12:35:33 AM 来源:乐动体育代理 作者:乐动体育电竞

  导读:本文对Fe-20Cr-3Ni-3Si-X(X=2Mn、1Mn-2Ti、1Mn-2Nb和1Mn-2Ta)四种G相强化铁素体不锈钢进行了时效处理。结果标明,时效进程中Ni16Mn6Si7 G-相分出缓慢,这是因为Ni16Mn6Si7 G-相和BCC相的生成焓相差不大导致的。在含钛合金的前期时效(≤24h)中,发现超细Ni16Mn6Si7 G-相分出,并伴有Fe2TiSi-L21 Heusler相的“包层”。这种形状被猜测是因为铁素体中前期的镍团簇和远离团簇的负镍浓度梯度导致,然后有利于Fe2TiSi的构成。进一步时效至96h,G相仅呈现颗粒粗化,没有显着的化学成分演化,时效进程中硬度明显添加100-275HV。这些发现为在往后高强度钢的开展中的低晶格失配硅化物相分出供给了十分有价值的观念。

  G相的发现能够追溯到60多年前,Beattie和Versnyder于1956年初次在沉积硬化的奥氏体不锈钢(A286)中发现了G相。可是,导致其构成的切当条件尚不清楚。前期研讨发现,在Nb安稳的20/25奥氏体钢中,在500°C至800°C之间,G相在剩余晶界和NbC颗粒上构成。现在G相在一系列奥氏体钢中构成,其主要特征是主要在晶界上构成(因而命名为“ G”相)。此外,据以为会大大下降资料的机械性能。

  迄今为止,虽然G相对双相不锈钢的断裂韧性下降的奉献仍然是一个有争议的问题,但仍有许多研讨会集在按捺G相的分出上。相反,促进G相沉积作为强化相的概念还没有被探究。后者的作业始于1989年,舒尔茨-比肯(Schulz-Beeken)和霍加迪(Hougardy)最早是成心使G相沉积以进行强化的。他们新开发的低合金马氏体时效钢获得了约1.8 GPa的高拉伸屈从强度。

  G相强化的优点之一是因为其与铁素体基体的连贯性,有或许坚持合金的延展性。最近,有理论以为能够经过改动G相的化学组成来微调该共格性。这一概念提出了很多的G相成分,这些成分或许会在高档铁基合金中得到使用。

  基于此,哈尔滨工业大学资料科学与工程学院刘兴军教授团队联合厦门大学、北京科技大学、香港城市大学、香港理工大学及帝国理工学院等八所国内外尖端科研机构对一系列典型的G相增强不锈钢Fe-20Cr-3Ni-3Si-X(X=2Mn、1Mn-2Ti、1Mn-2Nb、1Mn-2Ta)等温时效进程中Ni16Mn6Si7、Ni16Ti6Si7、Ni16Nb6Si7和Ni16Ta6Si7的G相分出行为进行了全面研讨。深化了解了典型的Fe-20Cr基铁素体钢的微观结构演化进程(粒径、体积分数、数密度和化学性质),并进行了电子显微镜和原子探针层析(APT)表征以及密度泛函理论(DFT)研讨,推进了这个新的钢铁宗族的进一步开展。相关研讨成果以题“Precipitation behavior in G-phase strengthened ferritic stainless steels”宣布在资料尖端期刊Acta Materialia上。

  关于M = Nb、Ta或Ti的状况。当M = Nb、Ta和Ti时,G相在铁素体基体中均匀分出。M = Nb和Ta合金的时效使其显微硬度添加了∼100HV。但是,关于M = Ti,显微硬度添加被丈量为∼275 HV。这种强化是因为Ni16Ti6Si7 G相和Fe2TiSi-L21 Heusler相的构成。APT和TEM剖析标明,Heusler相在G相上非均匀形核,并在Ni16Ti6Si7 G相核周围构成包络结构。DFT结果标明,Fe2TiSi-L21相在能量上对贫Ni成分有利。

  图1 显微硬度与(a)2Mn在500°C下的时效时刻,(b)预轧2Mn的时效温度90天,以及(c)预轧2Mn在500°C下的时效时刻;(d)2Ti、2Nb和2Ta合金在560°C下的时效时刻的函数。图1a中的刺进TEM显微照片和衍射图取自500°C/90天时效2Mn样品。图2 2Mn合金冷轧和随后90天时效处理后的显微安排调查:(a)和(e)是背散射电子(BSE)图画;(b),(f)和(i)分别是110F、100F和110F入射时的选区电子衍射(SAED);(c),(g)和(j)是亮场(BF)图画;(d),(h)和(k)分别是从图2b中的-220G点、图2f中的040G和图2i中的-220G拍照的暗场(DF)图画。(图2a至2d取自400℃时效试样,图2e至2k取自500℃时效试样)。图3 560℃/24 h时效2Ti试样的原子探针剖析:(a)铁、铬、硅、锰、镍和钛原子图的20nm厚切片;(b)等外表为10at.%Ti和10at.%Ni的原子图;(c)扩大图画(b)具有相应的CTi/CNi=2的等值面;(d)从基体到富镍相的成分散布;(e)从基体到富钛“包络”相的成分散布图4 560℃/24h时效2Ti薄膜的TEM剖析:高分辨率透射电子像(a)和(d);快速傅立叶改换(FFT)图画(b)、(c)、(e)和(f)。(下标“F”指铁素体基体)。图5 (A)BCC、(B)L21和(C)G相的原子结构,其间Fe、M、Ni和Si分别为青铜色、浅蓝色、银色和深蓝色,M =Mn、Nb、Ta和Ti。图6 Ni原子分数在0~1之间的BCC、G相和L21结构的生成焓在每个面板上符号为负值更有利。APT丈量的镍含量用赤色箭头符号。图7 2Ti合金在560℃时效进程中的安排演化示意图

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