焊接精密度0.01mm

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钢中沉淀析出物表征

来源: | 发布日期:2022-08-04

        同回复过程类似,沉淀析出在零部件获得所需要的强度过程中非常有用。沉淀强化或沉淀时效是改进结构金属强度的重要冶金学过程。强度改善的程度取决于第二相粒子的位置、尺寸、形状及分布。

        由于渗氮奥氏体不锈钢的力学性能和化学性质优于304L、304、316等不锈钢,在工程中得到了广泛应用。与碳钢相比,渗氮钢性能的巨大改善源于氮与铬之间更强的结合力以及位错更明显的钉扎作用。由于塑性变形后再对部件加热能够改变钢中氮的分布,因此加入氮后导致塑性变形后的受热和微观组织对材料性能的影响更大。借助透射电子显微镜,已经观察到了在1123K对核子级316LN进行时效时氮原子的重新分配和沉淀过程的一系列变化。

        对不同热处理工艺下核子级316LN不锈钢中的超声波速度进行了测量。采用10MHz、25MHz、50MHz以及75MHz的超声波,测量了时效处理过程中纵波速度随时效时间的变化情况,如图8-22所示。可以看出,时效时间25h之前,声速处于增长阶段;在相同温度下,时效25~2000h,超声波速度处于下降阶段。由图可知,四种频率下超声波速度变化的趋势几乎一致。图中A阶段时效0~10h时,声速的增加主要源于基体本身的变化。时效10h后形成富集Cr-N的原子团,使基体中N的含量相对贫瘠,并形成许多无应变区。时效时间达到25h后,形成的晶粒内共格Cr2N沉淀析出,导致声速也有所增加。这主要是基体和沉淀相之间的弹性模量相差非常大的缘故。在17-4PH钢中,同样发现沉淀析出初始阶段超声波速度有着类似的增长,这主要是由于析出铜沉淀相带来了弹性模量变化。


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图8-22  超声波速度与时效时间关系


        在时效500h后会形成网状沉淀物,1000h以后会形成粗糙相,这些都会使超声波在沉淀物和基体界面上的散射增强,导致在C阶段上超声波速度降低。从图中还能看到C阶段随着频率的增加速度明显降低,这是由于当超声波频率从5MHz增加到50MHz时波长也随之减小到原来的1/10。当超声波频率为50MHz时,半波长为58μm,这非常接近奥氏体的晶粒度。由于网状沉淀物遍布整个晶粒,50MHz波长的波更有可能与沉淀相互作用,因此其散射程度要强于5MHz或10MHz的超声波,造成频率不同时速度的显著变化,在时效500h以后这种现象尤为明显。结果表明,因为沉淀机制与大的晶格应变密切相关,因此在研究包含间隙元素(如N)的沉淀析出反应时,超声波评价是一种非常有力的工具。



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