Al-Zn-Mg-Cu合金时效过程的小角度x射线散射研究

通过同步辐射小角度x射线散射方法（SAXS），研究了三种Al_Zn_ Mg_Cu合金沉淀析出过程显微结构参数（析出相尺寸和体积分数），随时效温度和时效时间 的演化，同时分析了Zn含量对合金沉淀析出过程的影响.结果表明，三种合金（A，B，C） 在实验条件下析出相均属于纳米尺度，析出相的最大体积分数随Zn含量的增加而增加，最大体积分数分别为0.023—0.028，0.052—0.054和0.04.在一定时效温度下，体积分数随时效时间的变化规律，符合析出相的形核、核长大和粗化动力学过程.  关键词： 小角度x射线散射 Al_Zn_Mg_Cu合金 时效 析出相尺寸 析出相体积分数     

CoNiZ系列合金的结构和马氏体相变性质

利用X射线衍射研究了CoNiZ(Z＝Si，Sb，Sn，Ga 等)合金在不同热处理条件下的相组成.当Z元素为Sn，Sb时，材料是完全的B2结构；但Z为Si时，材料变成面心立方的γ相.形成B2还是γ相由电子浓度和原子尺寸效应两种因素共同决定.而CoNiGa的研究结果表明，在合金中除了形成B2结构的同时还容易形成γ相，常表现出两相共存的特性.对材料进行不同方式的热处理可以使合金中两相的含量有所消长,γ相含量的多少对CoNiGa合金的马氏体相变有很大的影响.分析指出，两相共存及其所带来的物性变化是CoNiGa铁磁性形状记忆合金非常有利用价值的物理性质. 关键词： Heusler合金 马氏体相变 γ相     

CoNiZ系列合金的结构和马氏体相变性质

利用X射线衍射研究了CoNiZ(Z=Si,Sb,Sn,Ga等)合金在不同热处理条件下的相组成.当Z元素为Sn,Sb时,材料是完全的B2结构;但Z为Si时,材料变成面心立方的γ相.形成B2还是γ相由电子浓度和原子尺寸效应两种因素共同决定.而CoNiGa的研究结果表明,在合金中除了形成B2结构的同时还容易形成γ相,常表现出两相共存的特性.对材料进行不同方式的热处理可以使合金中两相的含量有所消长,γ相含量的多少对CoNiGa合金的马氏体相变有很大的影响.分析指出,两相共存及其所带来的物性变化是CoNiGa铁磁性形状记忆合金非常有利用价值的物理性质.     

Al-4.5wt%Cu合金中溶质原子及析出相对锯齿形屈服时空特性的影响

借助不同温度下的固溶处理，得到一系列具有不同溶质原子浓度及析出相含量的Al-4.5wt%Cu合金材料试件.比较这些试件在拉伸实验中的锯齿形屈服现象的时空特性，分析溶质原子与析出相对位错运动的影响，从而探究动态应变时效产生的微观机理.实验结果显示，当固溶处理温度由500℃逐步降低，应力-时间曲线上的应力锯齿跌落幅值逐渐减小，并在300℃时达到最小.继续降低固溶处理温度至100℃，应力锯齿跌落幅值又逐渐增大.同时，热处理方式的改变对剪切带的传播特性也有显著影响.实验发现，固溶处理温度高于300℃时，溶质原子对DSA的影响强于析出相；反之，固溶处理温度低于300℃时，析出相对DSA的影响强于溶质原子；室温下析出相是影响Al-4.5wt%Cu合金DSA机理的主要因素. 关键词： 铝铜合金 锯齿形屈服 动态应变时效 固溶处理     

相场法研究Fe-Cu-Mn-Al合金富Cu相析出机制

基于Ginzburg-Landau理论采用连续相场法模拟了Fe-15%Cu-3%Mn-x Al(质量分数x=1%, 3%, 5%)合金在873 K等温时效时纳米富Cu析出相沉淀机制及Al含量对富Cu相析出的阻碍效应.通过计算成分场变量和结构序参数,研究了富Cu析出相的形貌、颗粒密度、平均颗粒半径、生长和粗化动力学.研究结果表明:在时效早期阶段,纳米富Cu相通过失稳分解机制析出,由于原子扩散速率存在差异,从而形成以富Cu相为核心的核壳结构.随着时效时间延长,富Cu相析出物结构由体心立方转变为面心立方.其中Al和Mn原子在富Cu核外偏析形成Al/Mn簇,可以将其视为阻碍富Cu析出相形成的缓冲层;在沉淀过程中,随着Al含量的增大, Al/Mn金属间相促进了缓冲层的生长,阻碍富Cu析出相的生长和粗化.     

Nb-Ti超导合金中ω相及其对临界电流密度的影响

用高压透射电镜对时效Nb-Ti合金的析出相类型和形态及其对临界电流密度的影响进行了研究.在Nb-65％Ti合金中,高温淬火后350℃时效观察到ω相的大量析出,其大小为100—300A,ω相的析出明显地提高合金的临界电流密度和硬度.在Nb-65％Ti和Nb-50％Ti合金中,450℃时效观察到存在二种析出相——ω相和α相.α相呈粗大针状,同时合金的J_c和H_r值显著降低.     

相场法研究Fe84Cu15Mn1合金富Cu相析出的内磁能作用机理

本文基于连续相场模型,对内磁能作用下Fe-Cu-Mn合金中富Cu相析出行为进行了研究,得到不同温度、不同Mn, Cu含量条件下的内磁能对富Cu相的平均颗粒半径、体积分数、吉布斯自由能的影响.模拟结果表明, Mn含量越低,居里温度越高,内磁能对自由能的贡献越大,且内磁能的贡献随温度升高而减小;内磁能降低了相结构转变势垒,促进了相结构转变.沉淀相体积分数随Cu含量增加而增加,通过对比有无内磁能对沉淀相体积分数的影响,内磁能作用导致沉淀相拥有更大的体积分数.因此在内磁能作用下,富Cu相具有较大的平均粒径、体积分数和较小的矫顽力,同时预测了合金硬度的变化趋势.     

蠕变镍基单晶高温合金微观结构与界面特征的X射线小角散射研究

利用SAXS技术对蠕变过程中不同尺度范围的微观结构变化分析表明X射线小角散射(SAXS)与中子小角散射(SANS)测量的二维散射图具有明显的差异,由散射强度曲线的变化说明了蠕变过程中二次析出γ'相形貌和不同区域尺寸特征的改变情况.分析结果表明二次析出γ'相存在两类特征尺寸,在蠕变过程中沿[100]或[010]方向的变化趋势类似,均是在第一和第二阶段有所减小,在第三阶段又有所增大,相较而言,特征尺寸较大的γ'相变化也较为显著.二次析出γ'相在蠕变第二阶段元素扩散最严重,相表面最粗糙,在第三阶段两相界面又进一 关键词： 单晶高温合金 二次析出γ'相 X射线小角散射 微观结构     

第一性原理研究Al-Cu-Li合金中T1相的腐蚀机理

利用密度泛函理论的第一性原理,讨论Al-Cu-Li合金中主要析出相T1相(Al6Cu4Li3)的表面性质,计算不同终结面的表面能和表面电子功函数,并探讨应力作用和常见合金元素对Al/T1界面的影响.结果表明:T1相的表面能与表面的原子排列有关,不同的表面通过应变释放重构,进而获得不同的表面能.表面电子功函数则与表面原子种类有关,由于Li的电负性最小,含Li原子的表面通常有较低的电子功函数,进而降低材料的耐蚀性.此外,在应力作用下,T1相一些表面的电子功函数变化与纯金属是相反的.压应力下T1相电子功函数降低,材料更加容易被腐蚀;张应力下T1相功函数增加,材料更加耐腐蚀.同时,通过计算Al/T1界面中Ag,Zn和Mg 3种合金元素的替位能,可以发现,这3种元素都有利于降低界面能,且Ag的作用最明显.     

冲击诱发NiTi形状记忆合金相变行为研究

NiTi形状记忆合金的高应变动态响应特性在军事、航空等领域具有重要应用.为研究NiTi合金在动态力学诱导下的相变行为,在不同温区不同冲击速率下,通过轻气炮装置对NiTi合金进行了动态加载实验.利用差示扫描量热仪(DSC),综合物性测量系统分析了冲击波残余效应对NiTi合金相变行为的影响.研究发现:受冲击的样品在第一次DSC热循环中观察到了三个马氏体吸热峰,表现为三步逆马氏体相变,而在第二次热循环中其中两个应力诱发马氏体吸热峰因变形恢复消失.形成两个应力诱发马氏体吸热峰的原因可能是晶粒内部与晶界处的相变过程不同步.受冲击后样品DSC放热峰上出现了一小肩峰,表明可能因中间相(R相)的出现而发生了两步相变,结合电阻测量曲线进一步确认R相的存在,且发现奥氏体相向R相转变以及R相向马氏体相转变这两种相变过程在某一温度范围内可同时进行.同时,文中也具体讨论了不同的冲击加载条件对相变过程的影响.     

DC与CC 5052铝合金冷轧后沿厚度方向织构分布状态对比的X射线衍射分析

采用X射线衍射测试极图、使用专用软件计算织构取向分布函数(ODF), 研究了热轧后454℃×4h再结晶退火的直接铸造5052铝合金板(DC 5052)和双履带连续冷却铸造5052铝合金板(CC 5052)冷轧制到不同压下量的试样,自表层至心部层的冷轧织构分布差别,为工业上生产及应用DC 5052与CC 5052铝合金冷轧板提供依据。结果显示：同样的大压下量时CC 5052的β织构强度及体积分数高于DC 5052的。冷轧前CC 5052的再结晶织构Cube的体积分数小于DC 5052的,剩余位向的体积分数多于DC 5052的,导致CC 5052表层的β织构强度及体积分数达到与1/4层、中心层接近所需要的冷轧压下量比DC 5052试样需要的小。CC 5052冷轧板冲压加工方面的性能优于DC 5052冷轧板。     

Influence of solute cloud and precipitates on spatiotemporal characteristics of Portevin-Le Chatelier effect in A2024 aluminum alloys

In this paper, solute concentration and precipitate content in A2024 aluminum alloy are adjusted by solution treatment (ST) at different temperatures and tensile experiments on these treated specimens are carried out. It is found that the temperature of solution treatment (ST temperature) has a remarkable influence on the amplitude of the serrated flow and the propagation characteristics of shear bands. These results are due to the effects of solute atoms and precipitates on dynamic strain aging (DSA). When ST temperature is higher than 300~℃, solute concentration is relatively high and solute cloud is a key factor of DSA. When ST temperature is lower than 300~℃, precipitate content is relatively high and the mechanism of DSA is determined by precipitates.     

电阻率与强度性能的关联及铜合金性能分区

铜合金以低电阻率为特征,由于电阻率与强度存在着共同的微观结构机理,两者往往协同变化,而导致难以对合金进行性能的全面评估和选材.本文以Cu-Ni-Mo合金作为研究对象,以团簇结构[Mo_1-Ni_(12)]构建固溶体的近程序结构模型,解析了电阻率和强度依赖于成分的定量变化规律,并定义了拉伸强度/电阻率的值为代表合金本质特性的"强阻比",得到了完全固溶态Cu-Ni-Mo合金的强阻比为7×10~8MPa/?·m,完全析出态的强阻比为(310—490)×10~8MPa/?·m.进而应用强阻比对常用铜合金进行了性能分区,给出铜合金材料选材的依据,得出了基于Cu-(Cr, Zr, Mg, Ag, Cd)等二元基础体系的铜合金适用于高强高导应用,而基于Cu-(Be, Ni, Sn, Fe, Zn, Ti, Al)等为基础二元体系的铜合金不能实现高强高导.该强阻比为310的特征性能分界线的发现为合金性能的全面评估提供了量化依据,可指导高强高导铜合金的选材和研发.     

二元合金凝固过程微尺度热质传输的影响分析

针对二元合金凝固的微观偏析现象建立一维平面枝晶模型,考虑溶质在固相中有限扩散,液相完全扩散的情况。通过模拟计算,比较分析了Al-Cu和Fe-C合金微观偏析的特点,并讨论了不同凝固速度以及溶质扩散系数随温度变化与否对微观偏析的影响。分析结果表明,温度场的影响是不可忽略的,应该在研究中予以考虑。     

二元合金等温凝固过程的相场模型

基于Ginzberg-Landau理论，发展了一个与WBM模型和KKS模型一致的新相场模型.并利用该相场模型与溶质场耦合计算，以Al-65%Cu合金为例模拟了不同过冷度条件下，二元合金凝固过程的等轴枝晶生长过程.研究过冷度对二元合金等温凝固过程的等轴枝晶生长以及溶质场分布的影响.结果表明：随着过冷度的增大，枝晶的二次枝晶更加发达，浓度Peclet数和枝晶尖端的生长速率增大，而枝晶尖端的曲率半径减小，枝晶前沿的溶质富集现象也更严重；另外，计算结果与Ivantsov理论符合较好. 关键词： 相场法 枝晶生长 溶质场 Ivantsov理论     

New lead-containing solder alloy with improved properties

Structure, hardness, mechanical and electrical transport properties of the rapidly solidified Pb–25Sn alloy with Cd additions have been investigated. The results show that, a continuous increase in Cd content causes more precipitations of Cd as a third phase, which in turn causes continuous enhancement of the wetting, electrical and mechanical properties of this alloy. In spite of the higher value of TCR for the alloy Pb–25Sn–20Cd, it has the most enhanced properties when compared with the others. It has a lower electrical resistivity, lower wetting angle, higher Vickers microhardness values and yield strength when compared with the eutectic Pb–Sn solder alloy.     

功率超声对Al-Si合金凝固过程中溶质偏析的抑制效应

研究了功率超声作用下，直径为10 mm Al-1%Si合金键合线水平连铸坯的微观组织形貌以及溶质元素在基体中的分布情况.实验结果表明：在功率超声作用下，铸坯的凝固组织得到了细化，Si元素在α(Al)基体中的固溶度及其分布的均匀性得到了提高，溶质偏析得到了抑制.从功率超声对Al-1%Si合金凝固过程中的溶质扩散，结晶温度间隔，液穴形态，温度场和流动场以及合金微观组织形貌的影响出发，尝试性地对功率超声抑制溶质元素微观偏析的机理进行探讨性的解释和说明. 关键词： 功率超声 水平连铸 Al-1%Si合金 溶质偏析     

Transformation characteristics in thin foils of a nickel-titanium alloy

Transformation behaviour in thin foils of a Ni-12 at.% Ti alloy was investigated by means of in situ aging and electron irradiation experiments inside a high voltage electron microscope. It is shown experimentally that the mode or the morphology of precipitation and ordering reactions in the thin foils differ somewhat from that observed in the bulk material. In the thicker part of the thin foils aged in situ at 873–973 K, a periodic modulated structure is observed to consist of a periodic array of cuboidal coherent particles along the [100] crystallographic directions. The development of ordering within the solute enriched particles appears to be much slower than in the bulk specimen In the thinner part of the foil or in the near-surface regions, no precipitation or ordering occurs and so-called precipitate-free zones (PFZs) are observed. At a higher temperature of 1073 K, precipitation takes place preferentially at the foil surfaces Electron irradiation at elevated temperatures is found to disturb the formation and growth of a metastable modulated structure. and alter the distribution and the morphology of precipitate particles initially present.

The observed transformation characteristics in the thin foil can be understood in terms of the proximity of external surfaces which act as dominant sinks for point defects or solute atoms in a thin foil. Electron irradiation affects the sink efficiency of the foil surfaces as a result of the radiation-enhanced diffusion.     

Calculation of enhancement factors for solute diffusion in the fcc dilute random alloy

In this paper, we address the enhancement of solute diffusion by solute addition. We focus on the little studied kinetic effect leading to solute enhancement arising from the kinetics of the encounter of a solute atom with a vacancy in the presence of other solute atoms. The study complements an earlier study by two of the present authors of the enhancement of the solvent diffusivity. In the present paper, the fcc random alloy model is employed at the dilute limit. We employ Monte Carlo techniques to calculate the solute diffusion enhancement factors B ₁ and B ₂. Solute correlation factors, upon which the enhancement factors rely in this model, are calculated to a very high precision using long runs and averaging over a very large number of atoms. There is fair agreement with the kinetic treatments of Manning and of Holdsworth and Elliott, and excellent agreement with the self-consistent theory of Moleko et al.