本文選題：Super304H　切入點(diǎn)：富Cu相　出處：《北京科技大學(xué)》2015年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：本文利用先進(jìn)電子顯微學(xué)手段,在原子尺度上研究了Super304H奧氏體熱強(qiáng)鋼和C-22HS新型高溫耐腐蝕合金的微觀(guān)組織、晶體結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化特征。詳細(xì)分析了富Cu相在Super304H奧氏體熱強(qiáng)鋼中以及Ni2(Cr,Mo)相在C-22HS高溫耐蝕合金中的早期析出行為。 Super304H奧氏體熱強(qiáng)鋼最大的特色是添加了3wt%的Cu,高溫服役過(guò)程中由于鋼中含有大量的Cr、Ni元素使其具有良好的抗氧化腐蝕性能,長(zhǎng)時(shí)時(shí)效過(guò)程中富Cu相的析出使其具有較高的持久強(qiáng)度。細(xì)小、彌散分布的富Cu相在高溫長(zhǎng)時(shí)時(shí)效(10000h)以后能夠保持在納米級(jí)是Super304H奧氏體熱強(qiáng)鋼具有良好的綜合性能的原因。所以,深入的研究富Cu相的早期析出行為、生長(zhǎng)機(jī)制以及強(qiáng)化機(jī)制是至關(guān)重要的。研究結(jié)果表明：時(shí)效過(guò)程中,Cu原子不斷地在時(shí)效早期生成的富Cu相中聚集,而Fe、Cr、Ni原子逐漸被排斥,最終形成高純度的富Cu相。本文首次針對(duì)多元系統(tǒng)進(jìn)行了析出相長(zhǎng)大機(jī)制的研究,影響富Cu相長(zhǎng)大速率主要是界面能以及Cu在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù),通過(guò)奧斯特瓦爾德熟化理論計(jì)算得到了富Cu相與基體的界面能為0.017～0.086J/m2,而界面能是控制析出相長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力,同時(shí)Cu在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)較大,促進(jìn)系統(tǒng)更快的達(dá)到平衡態(tài),所以導(dǎo)致富Cu相長(zhǎng)大速率緩慢。細(xì)小、彌散分布的富Cu相始終與基體保持著良好的共格關(guān)系,根據(jù)時(shí)效過(guò)程中微觀(guān)結(jié)構(gòu)的變化,富Cu相的強(qiáng)化效應(yīng)來(lái)自于共格應(yīng)變強(qiáng)化和化學(xué)強(qiáng)化。并通過(guò)理論計(jì)算表明強(qiáng)化機(jī)制主要來(lái)自于共格應(yīng)變強(qiáng)化。 C-22HS是一種新型Ni-Cr-Mo超級(jí)合金,能夠通過(guò)一種專(zhuān)利的雙時(shí)效熱處理機(jī)制析出Ni2(Cr,Mo)超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),使其在保持原有的優(yōu)異耐腐性能的同時(shí)大幅度的提高了合金的強(qiáng)度。在專(zhuān)利的雙時(shí)效熱處理?xiàng)l件下,納米級(jí)的Ni2(Cr,Mo)析出的時(shí)間更短,同時(shí)彌散地分布在晶內(nèi)是強(qiáng)度提高的原因。相比與其他Ni基合金,Ni2(Cr,Mo)相的析出機(jī)制并不是從短程有序到長(zhǎng)程有序的過(guò)程。所以,深入的研究Ni2(Cr,Mo)的析出機(jī)制是非常必要的。研究結(jié)果表明：共格的Ni2(Cr,Mo)相與基體Ni代表性的一種取向關(guān)系為：[001]Ni//[010]Ni2(Cr,Mo)、(200)Ni//(103)Ni2(Cr,Mo)。Ni-21Cr-17Mo合金在第一階段時(shí)效淬火后基體的[112]帶軸下的衍射花樣中沿(311)Ni面上出現(xiàn)了漫散射條紋,結(jié)合高空間高分辨率能譜分析發(fā)現(xiàn)了Mo原子的微偏聚區(qū)。從動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看,早期時(shí)效過(guò)程中Mo原子的偏聚行為和后來(lái)的長(zhǎng)程有序的Ni2(Cr,Mo)超晶格的形成有助于降低系統(tǒng)的熵以及吉布斯自由能,能夠促進(jìn)Ni2(Cr,Mo)相的析出達(dá)到強(qiáng)化合金的目的。隨著705℃第一階段的時(shí)效過(guò)程的開(kāi)始,每?jī)蓚�(gè){311}Ni-base面的Mo原子的納米富集開(kāi)始形成,而最終形成在605℃第二階段時(shí)效過(guò)程中每三個(gè){311}Ni-base面的(Cr和Mo元素共有)的Ni2(Cr,Mo)超晶格。在705℃第一階段的時(shí)效過(guò)程中的Mo原子的納米聚集行為是為了提高Ni2Cr的相轉(zhuǎn)變溫度,也就是說(shuō)要達(dá)到605℃甚至更高。隨著605℃第二階段的時(shí)效過(guò)程開(kāi)始,Ni2Cr開(kāi)始形成且隨著持續(xù)的長(zhǎng)程擴(kuò)散導(dǎo)致的Mo元素的富集而最終形成每三個(gè){311}Ni-base面(Cr和Mo元素共有)的Ni2(Cr,Mo)超晶格。 在Ni2(Cr,Mo)在雙時(shí)效熱處理的析出過(guò)程中,由于亞穩(wěn)的Ni2Cro.5Mo0.5的出現(xiàn)形成了在能量分布曲線(xiàn)中的一個(gè)局部最大值,導(dǎo)致Ni2Cr0.67Mo0.33的穩(wěn)定性的提高。同時(shí)計(jì)算了Ni2Cr1-xMox超晶格的單晶彈性常數(shù),結(jié)果表明：所有的Ni2Cr1-xMox相都是機(jī)械穩(wěn)定的。但是,Ni2Cr0.5Mo0.5相的強(qiáng)度和化學(xué)鍵的定向性是反常下降的,同樣也說(shuō)明了其能量的不穩(wěn)定。計(jì)算的結(jié)果再一次表明了Ni2(Cr,Mo)中Mo的微富集區(qū)的存在,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1;TG113.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1638109