冷却_等温_冷却处理过程硼的晶界偏聚
非平衡晶界偏聚和晶间脆性断裂的研究.pdf
" 卷 ! 第 # 期 !# $ $ "年#月 ! 第!
非平衡晶界偏聚和晶间脆性断裂的研究 "
徐庭栋
钢铁研究总院 高温材料研究所 ! 北京 ! " " " # !
摘要 !! 扼要介绍作者近 $ " 年来在非平衡晶界偏聚和晶间脆性 断裂理 论研 究方面 的进展 ! 涉 及作 者所提出的若干新概念 & 新模型的内容和理论意义 ! 以及这些研究工作的科学背景 ; 关键词 !! 晶界 ! 空位 ! 偏聚 ! 脆性 某一时刻相互平 衡 " 相 等$ 时! 晶 界 偏 聚 浓 度 将 达 到 极大值 ! 超过此时 间 ! 偏 聚 浓 度 将 随 恒 温 时 间 的 延 长而降低 ! 此恒 温 时 间 称 为 临 界 时 间1 <;这 是 非 平
’ ! % 的符合 ! 证实钢中 磷发 生 了 非 平 衡 晶 界 偏 聚& ;他
们进一步指出 # 徐庭栋的模型和 = < B 5 1 6 的模型分别
’ ! % 是描 述 非 平 衡 偏 聚 和 平 衡 偏 聚 的 有 效 理 论& ;
, U 1 \ G H _ 5 Z 2等也用 上述公 式 计 算 ? A , I A / B’ ! #合金
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硼向奥氏晶界的扩散机制
硼在金属中的扩散问题是金属材料研究中的一 部分源于晶界领域的“贫硼区”. 随着晶界偏析的硼
个热门话题 ,由扩散导致的硼向奥氏体晶界的非平 增多晶界邻域的贫硼区宽度增大 ,这两者同时随淬
衡偏聚会对淬火钢的综合机械性能产生一系列的影 火加热温度升高和冷却速度的降低而增加 ,在晶界
响. 硼在淬火时向奥氏体晶界的偏聚是一种在冷却 形成连续的偏聚带进而发展成为不连续的聚集状
(11)
其中 n 是 ( a , b) 区间划分的份数 , b
n
a
=
h 是每个
梯形的高 , yi 是不同 x 处的 f ( x) 值.
在本问题中 , b -
a
=
t
-
0
=
t, b
Байду номын сангаас
n
a
=
t n
=
Δt ,
τ=
( xi ) 2 2. 80
=
D0 2tn〔y0
+
2 y1 + …… + 2 yn- 1 + yn〕,
设晶粒比较大而贫硼区的尺寸与晶粒的尺寸相
比小得多时 ,从而可以把扩散过程的一侧视为无限 ,
取 x = 0 处 C = 0 是把晶界设想为这种扩散原子团
的无限势阱 ,它可以不断地向晶界迁移 ,导致硼原子
在晶界的富集. 对于硼原子团的扩散过程 ,其扩散方程可以表
示为
1 D ( t)
9C 9t
=
92 C 9x2
.
(4)
利用式 (1) ,将 T 换成 t ,则 D = D ( t) ,作变量替
换 ,令 dτ = D ( t) d t ,有
∫ ∫ t
材料科学基础名词解释
1、晶体：原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点，各向异性.之迟辟智美创作2、中间相：两组元A和B组成合金时，除形成以A为基或以B为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A、B两组员均不相同的新相.由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相.3、亚稳相：亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却或加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转酿成稳定相而暂时稳定存在的一种相.4、配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数.5、再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新发生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变动并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶（指呈现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）.6、伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成份的合金也能获得全部的共晶组织，这种由非共晶成份的合金获得的共晶组织称为共晶组织.7、交滑移：当某一螺型位错在原滑移面上滑移受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移.8、过时效：铝合金经固溶处置后，在加热保温过程中将先后析出GP料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效.9、形变强化：金属经冷塑性变形后，其强度硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化.10、固溶强化：由于合金元素（杂质）的加入，招致的以金属为基体的强度获得加强的现象.11、弥散强化：许多资料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在资料内，这种资料的强度往往会增加，称为弥散强化.12、不全位错：柏氏矢量不即是点阵矢量整数倍的位错称为不全位错.13、扩展位错：通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹杂着一个堆垛层错的整个位错形态.14、螺型位错：位错附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错.15、包晶转变：包晶转变就是以结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变.16、共晶转变：由一个液相转酿成两个分歧固相的转变.17、共析转变：由一种固相转酿成其他两个分歧固相的转变.18、上坡扩散：溶质原子从低浓度向高浓度处扩散的过程称为上坡扩散，标明扩散的驱动力是化学位梯度，而非浓度梯度.19、间隙扩散：这是原子扩散的一种机制，对间隙原子来说，由于其原子尺寸小，处于晶格间隙中，在扩散时，间隙原子从一个间隙位置跳到相邻的另一个位置，形成原子的移动.20、成份过冷:界面前沿液体中的实际温度，低于由溶质分布所决定的凝固温度时发生的过冷.21、一级相变：凡新旧两相化学位相等，化学位的一次偏导不相等的相变.22、二级相变：从相变热力学上讲，相变前后两相的自由能（焓）相等，自由能（焓）的一阶偏导数相等，但二阶偏导数不等的相变称为二级相变，如磁性转变，有序-无序转变，常导-超导转变.23、共格相界：如果两相界面上的所有原子均成-对应的完全匹配关系，即界面上的原子处于两相晶格的节点上，为相邻两晶体所共有，这种相界面称为共格界面.24、调幅分解：过饱和固溶体在一定温度下分解成结构相同，成份分歧的两个相的过程.25、回火脆性：淬火钢在回火过程中，一般情况下随回火的温宿的提高，其塑性、韧性提高，但在特定的回火温度范围内，反而形成韧性下降的现象称为回火脆性.对钢铁资料存在第一类和第二类回火脆性.他们的温度范围，影响因素和特征分歧.26、再结晶退火：所谓再结晶退火工艺，一般是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温一段时间后，缓慢冷却到室温的过程.27、回火索氏体：淬火钢在在加热到400-600ºC温度回火后形成的回火组织，其由等轴状的铁素体和细小的颗粒状（蠕虫状）渗碳体构成.28、有序固溶体：当一种组元溶解在另一组元中时，各组元原子分别占据各自的布拉维点阵的一种固溶体，形成一种各组元原子有序排列的固溶体，溶质在晶格完全有序排列.29、非均匀形核：新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来概况形核.30、马氏体相变：钢中加热至奥氏体后快速淬火所形成的高硬度的针片状组织的相变过程.31、贝氏体相变：钢在珠光体转变温度以下，马氏体转变温度以上范围内（550ºC-230ºC）的转变称为贝氏体相变. 32、铝合金的时效：经淬火后的铝合金强度、硬度随时间延长而发生显著提高的现象称之为时效，也称为铝合金的时效.33、热弹性马氏体：马氏体相变造成弹性应变，而当外加弹性变形后可以使马氏体相变发生逆转变，这种马氏体称为热弹性马氏体.或马氏体相变由弹性变形来协调.这种马氏体称为热弹性马氏体.34、柯肯达尔效应：反映了置换原子的扩散机制，两个纯组元构成扩散偶，界面将向扩散速率快的组元一侧移动.35、热弹性马氏体相变：当马氏体相变形状的变动是通过弹性变形来协调时，称为热弹性马氏体相变.36、非晶体：原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向异性等.37、致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数.38、多滑移：当外力在几个滑移系上的分切应力相等并同时到达了临界分切应力时发生同时滑移的现象.39、过冷度：相变过程中冷却到相变温度以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度只差称为过冷度.40、间隙相：当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值. 41、全位错：把柏氏矢量即是点阵矢量或其整数倍的位错称为全位错.42、滑移系：晶体中的一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称为一个滑移系.43、离异共晶：共晶体中的α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β相推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特点消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶.44、均匀形核：新相晶核是在母相中均匀生长的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外概况的影响.45、刃型位错：晶体中的某一晶面，在其上半部有过剩的半排原子面，好像一把刀刃拔出晶体中，使这一晶面上下两部份晶体之间发生了原子错排，称为刃型位错.46、细晶强化：晶粒越细小，晶界总长度愈长，对位错滑移的阻碍愈年夜，资料的屈服强度愈高，晶粒细化招致晶界增加，位错的滑移受阻，因此提高了资料的强度.47、双交滑移：如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移.48、单位位错：把柏氏矢量即是单位点阵矢量的位错称为单位位错.49、反应扩散：陪陪伴化学反应而形成新相的扩散称为反应扩散.50、晶界偏聚：由于晶内与晶界上的畸变能分歧或由于空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上富集的现象.51、柯氏气团:通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为气团，是由柯垂尔首先提出，又称柯氏气团.52、形变织构：多晶体形变过程中呈现的晶体学取向择优的现象叫做形变织构.53、点阵畸变：在局部范围内，原子偏离其正常的点阵平衡位置，造成点阵畸变.54、稳态扩散：在稳态扩散过程中，扩散组元的浓度只随距离变动，而不随时间变动.55、包析反应：两个固相反应获得一个固相的过程为包析反应.56、非共格晶界：当两相在相界处的原子排列相差很年夜.同年夜角度晶界相似，可看成由原子不规则排列的很薄的过渡层构成.57、置换固溶体：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部份溶剂原子这种固溶体称为置换固溶体.58、间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体.59、二次再结晶：再结晶结束后正常长年夜被抑制而发生的少数晶粒异常长年夜的现象.60、伪共析转变：非平衡转变过程中，处在共析成份点附近的亚共析，、过共析合金，转变终了组织全部呈共析组织形态.61、肖脱基空位：在个体晶体中，当某一原子具有足够年夜的振动能而使振幅增年夜到一定水平时就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来位置，迁移到晶体概况或内概况的正常节点位置上而使晶体内部留下空位，称为肖脱基空位.62、弗兰克尔空位：离开平衡位置的原子挤入点阵中的间隙位置，而在晶体中同时形成相等数目的空位和间隙原子. 63、非稳态扩散：扩散组元的浓度不单随距离x变动，也随时间变动的扩散称为非稳态扩散.64、时效：过饱和固溶体后续在室温或高于室温的溶质原子脱溶过程.65、回复：指新的无畸变晶粒呈现之前所发生的亚结构和性能变动的阶段.66、相律：相律给出了平衡状态下体系中存在的相数与组元.67、合金：两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质.68、孪晶：孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部份）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为孪晶，此公共晶面就称为孪晶面.69、相图：描述各相存在条件或共存关系的图解，也可称为平衡时热力学参量的几何轨迹.70、孪生：晶体受力后，以孪晶的方式进行的切变过程称叫孪生.71、晶界：晶界是成份结构相同的同种晶粒间的界面.72、晶胞：在点阵中取出一个具有代表性的基本单位（最小平行六面体）作为点阵的组成单位，称为晶胞.73、位错：是晶体内的一种线缺陷，其特点是沿一条线方向原子有规律地发生错排，这种缺陷用一个线方向和柏氏矢量共同描述.74、偏析：合金中化学成份的不均匀性.75、金属键：自由电子与原子核间之间静电作用发生的键合力.76、固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固溶体，它坚持溶剂的晶体结构类型.77、亚晶粒：一个晶粒中若干个位向稍有差此外晶粒称为亚晶粒.78、亚晶界：相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界.79、晶界能：无论是小角度晶界或年夜角度晶界，这里的原子或多或少地偏离了平衡位置，所以相对晶体内部，晶界处于较高的能量状态，高出的那部份能量称为晶界能，或称晶界自由能.80、概况能：概况原子处于不均匀的力场之中，所以其能量年夜年夜升高，高出的能量称为概况自由能（或概况能）.81、界面能：界面上的原子处在断键状态，具有逾额能量.平均在界面单位面积上的逾额能量叫界面能.82、淬透性：淬透性是指合金淬成马氏体的能力，主要与临界冷速有关，年夜小用淬透层深度暗示.83、淬硬性：淬硬性是指钢在淬火后所能到达的最高硬度，主要与钢的含碳量有关.84、惯习面:固态相变时，新相往往在母相的一定晶面上开始形成，这个晶面称为惯习面.85、索氏体：中温段珠光体转变产物，由片状铁素体渗碳体组成，片层间距较小，片层较薄.86、珠光体：铁碳合金共析转变得产物，是共析铁素体和共析渗碳体层片状混合物.87、莱氏体：铁碳相图共晶转变的产物，是共晶奥氏体和共晶渗碳体的机械混合物.88、柏氏矢量：描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的年夜小和方向，也是位错扫过后晶体相对滑动的量.89、空间点阵：指几何点在三维空间做周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的笼统.90、范德华键：又瞬间偶极矩和诱导偶极矩发生的分子间引力所构成的物理键.91、位错滑移：在一定应力作用下，位错线沿滑移面移动的位错运动.92、异质形核：晶核在液态金属中依靠外来物质概况或在温度不均匀处择优形成.93、结构起伏：液态结构的原子排列为长程无序，短程有序，而且短程有序原子团不是固定不变的，它是此消彼长，瞬息万变，尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏.94、重心法则：处于三相平衡的合金，其成份点必位于共轭三角形的重心位置.95、应变时效：第一次拉伸后，再立即进行第二次拉伸，拉伸曲线上不呈现屈服阶段.但第一次拉伸后的低碳钢试样在室温下放置一段时间后，再进行第二次拉伸，则拉伸曲线上又会呈现屈服阶段.不外，再次屈服的强度要高于初度屈服的强度.这个实验现象就称为应变时效.96、枝晶偏析：固溶体在非平衡冷却条件下，匀晶转变后新得的固溶体晶粒内部的成份是不均匀的，先结晶的内核含较多的高熔点的组元原子，后结晶的外缘含较多的低熔点组元原子，而通常固溶体晶体以树枝晶方式长年夜，这样，枝干含高熔点组元多，枝间含低熔点组元较多，造成同一晶粒内部成份不均匀的现象.97、临界变形度：给定温度下金属发生再结晶所需的最小预先冷变形量.98、电子化合物：电子化合物是指由主要电子浓度决定其晶体结构的一类化合物，又称休姆-罗赛里相，凡具有相同的电子浓度，则相的晶体结构类型相同.99、同质异构体：化学组成相同，由于热力学条件分歧而形成份歧的晶体结构.100、再结晶温度：形变金属在一按时间（一般1h）内刚好完成再结晶的最高温度.101、布拉菲点阵：除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵.102、配位多面体：原子或离子周围与它直接相邻结合的原子或离子的中心连线所构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体.103、施密特因子与外力F F的夹角. 104、拓扑密堆相：由两种年夜小分歧的金属原子所构成的一类中间相，其中年夜小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构，由于这类结构具有拓扑特征，故称这些相为拓扑密堆相.105、间隙化合物：当非金属（X）和金属（M）原子半径的隙化合物.106、年夜角度晶界：多晶资料中各晶粒之间的晶界称为年夜角度晶界，即相邻晶粒的年夜角度晶界的位相差年夜于10度的晶界.107、小角度晶界：相邻亚晶粒之间的位向差小于10度，这种亚晶粒间的晶界称为小角度晶界，一般小于2度，可分为倾斜晶界、扭转晶界、重合晶界等.108、临界分切应力：滑移系开动所需的最小分切应力；它是一个定值，与资料自己性质有关，与外力取向无关.。
含硼铸钢的研究和应用
收稿日期:2005205220; 修订日期:2005206227基金项目:中国博士后科学基金(2004036058)资助作者简介:符寒光(19642 ),湖南桃江人,博士后,高级工程师.从事材料和铸造技术研究.Em ail :f hg64@Vol.27No.1J an.2006铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY含硼铸钢的研究和应用符寒光(清华大学机械工程系,北京100084)摘要:介绍了硼元素的特点及其在钢中的作用,微量硼可以明显改善钢的淬透性和韧性。
硼在铸钢中主要以硼化物形式偏聚于晶界,损害钢的韧性。
采用淬火预处理,并适当提高奥氏体化温度,有利于消除硼脆,改善硼钢韧性。
另外,提高铸钢硼含量,可以获得硬度高、热稳定性好的Fe 2B 化合物,有利于改善钢的耐磨性。
关键词:硼钢;硼化物;硼脆;淬透性;耐磨性中图分类号:T G269 文献标识码:A 文章编号:100028365(2006)0120087203S t u d y a n d Ap p lic a ti o n of Ca s t S t e el Co nt ai ni n g B o r o nFU H an 2guang(Department of Mechanical E ngineering ,Tsinghua U niversity ,B eijing 100084,China)Abs t rac t :The characteristics of boron element and its effect in cast steel are introduced.Microamount boron can improve the hardenability and toughne ss of carbon steel.Boron mainly aggregate s at the grain boundary ,which damage s the toughne ss of cast steel.The measure s making use of pre 2quenching treatment and increasing the austenitizing temperature can eliminate boron brittlene ss and improve the toughne ss of cast steel.Moreover ,when boron content in cast steel is increased ,Fe2B compound that has high hardne ss and excellent heat stability can be obtained.Fe2B can improve the wear re sistance of cast steel.Ke y w ords :Boron steel ;Boride ;Boron brittlene ss ;Hardenability ;Abra sion re sistance 钢中加入微量硼能够显著提高淬透性并改善韧性[1],微量硼对耐热钢有提高高温强度和蠕变性能的作用[2]。
材料表面与界面晶界偏析的作用
淬透性：
微量硼对低碳贝氏体钢过冷奥氏体转变的影响
微量硼能抑制铁素体的形核，使“C”曲线右移，从而改变其基本形 状，具有自己独特的“C”曲线；微量的硼能够明显地提高钢的淬硬 性，随冷速的加大，硬度逐渐提高，组织由上贝氏体过渡到板条贝 氏体，具有更好的强韧性协同作用。
超低碳微合金钢中硼的偏聚
首先, 淬火等温保持时, 晶界会出现非平衡偏聚偏聚量随时间增加而从小 到大, 直至某个峰值峰值出现的早晚与等温温度有关达到峰值后, 随时间 延长偏聚可能消失,也可能转变成析出态。淬火等温时晶界上溶质反常偏 聚量比连续冷却时少, 两侧贫化区也不明显其次, 随等温保持温度的升高, 淬火与等温温差减少, 晶界偏聚量峰值下降等温时预变形也会引起相似的 偏聚。
晶界非平衡偏聚
平衡偏聚： 平衡偏聚现象是一种热力学平衡现象，当溶质原子与晶界之间有相互作用 时，就会在晶界上产生溶质富集或贫化现象其主要特点是富集程度只取决 于系统平衡参数，与材料经历的历史过程无关，因此随系统参数的变化可 以完全重复或可逆(即消失与产生)。
非平衡偏聚： 非平衡偏聚是一种动力学过程也有人称为动态偏聚，是指由于各种外界因素 如温度、应力、辐照等的变化引起某种溶质原子在晶界或相界的化学位不同， 从而造成元素再分布的现象。
硫在铁中生成低熔点的硫化物，并与基体形成熔点更低的共晶体， 因为熔点低，这种共晶体常常汇集在晶界处，形成富集。由于低熔 点共晶体的存在，使钢材的高温性能和热加工工艺性能恶化。产生 “热脆”。所以要尽量减少硫的含量。 磷在钢中会引起冷脆性。也 需要严格控制。
非平衡偏聚的影响因素： 空位、杂质原子、空位和杂质原子复合体
元素特别是微量元素在晶界上的偏聚对工程材料的力学行为有着深刻的 影响, 多年来这一直是冶金工作者和材料科学工作者感兴趣的问题例如, 引起沿晶脆断的原因有回火脆、蠕变空洞降、应力释放开裂和晶间应力 腐蚀开裂例等, 已经证实微量元素As,P,Sn和Sb在晶界上的偏聚对这些问 题起作用,少量Se,Te,Ge和等元素对材料的力学性能有害。也发现有些元 素在晶界上的偏聚会给材料的力学性能带来有益的影响, 如微量硼在晶 界的偏聚可以提高钢的淬透性, 提高耐热钢与合金高温强度和蠕变性能 等因此研究元素在晶界上的偏聚有着重要的实际意义
中南大学材料科学基础和金属学历年试题
“材料学基础”试题 2003.12.专业班级 姓名 学号一、名词解释（24分） 1、 晶界非平衡偏聚2、 克肯达尔（Kirkendall ）效应3、 多边化4、 微晶超塑性5、 加工硬化二、请在立方晶系中写出面OBC’、ODD’O’的晶面指数和OB 、OD 晶向指数（AD=1/2AB ）。
（8分）三、在fcc 晶体中，位错反应]121[6]112[6]101[2a a a+→能否进行？若反应前的]101[2a 是刃位错，反应后的扩展位错能在哪个晶面上进行何种运动？（10分） 四、简述冷加工纤维组织、带状组织和变形织构的成因及其对金属材料性能的影响（10分） 五、说明金属冷变形程度的大小对再结晶形核机制和再结晶晶粒尺寸的影响。
（10分）六、根据Cu-Zn 合金相图回答下列问题：（18分） 1、说明α相和η相的晶体结构类型；2、写出图中各水平线的平衡反应式（注明反应时的温度）；3、画出850℃时Cu-Zn 合金各相的自由能－成分曲线示意图；4、计算Cu-35%Zn 合金液相刚凝固完毕时相组成物的百分数；5、说明Cu-35%Zn 合金非平衡凝固时，枝晶偏析是否严重，为什么？七、根据三元相图回答下列问题：（20分）1、说明aa0、bb0、cc0箭头的含义；2、分析X成分合金凝固相变过程，说明其在刚凝固完毕和室温下的组织组成物；3、分析Y成分合金凝固相变过程，用数学式表示出Y合金凝固完毕时相组成物的百分数。
金属学试题1.根据铁碳亚稳平衡相图和你所学所有知识，回答下列问题：1）分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。
已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm，氮：0.071nm，碳：0.077nm，硼：0.091nm，α-Fe：0.124nm，γ-Fe ：0.126nm。
2）标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。
3）分析Fe-1%C合金的平衡凝固到室温过程组织变化；4）指出γ的晶体结构、密排方向、密排面、密排面的堆垛顺序、致密度、配位数、晶胞中原子数；指出α和γ的滑移系；5）结合你所学的有关知识，如何提高Fe－C合金的强度；6） Fe －0.1％C 合金在拉伸中，一种情况在拉伸出现塑性变形后去载，立即再加载，另一种情况是去载后时效再加载，试解释前者无屈服现象，后者有屈服现象的原因； 7） 固溶处理后进行一定量的冷变形，对合金在随后的回火过程有那些可能的影响？ 8） Fe －0.1％C 合金制作成齿轮，对含碳0.1％齿轮气体渗碳强化，画出钢在渗碳后的组织分布示意图；渗碳为什么在γ-Fe 中进行而不在α-Fe 中进行，即渗碳温度选择要高于727℃，为什么？ 渗碳温度高于1100ε 会出现什么问题？2.就你所学所有知识，谈谈如何控制和改善金属材料中的组织。
晶体缺陷对材料性能的影响现状研究
晶体缺陷对材料性能的影响现状研究摘要:在理想完整的晶体中，原子按照一定的次序严格的处在空间有规则的、周期性的格点上。
但在实际晶体中，由于各种各样的原因，原子排布不可能那样完整和规则。
这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷，它破坏了晶体的对称性。
同时缺陷的存在会对晶体产生或多或少的影响，本文着重研究了各类缺陷对材料性能的影响，收集了大量知名学者的研究成果，为之后的系统研究晶体缺陷奠定了基础。
关键词：晶体缺陷；空位；材料性能Effect of crystal defects on material researchAbstract: In an ideal complete Crystal atoms according to a certain order of strict rules in space, periodic lattice. But in the actual Crystal, due to various reasons, Atomic configurations cannot be so complete and rules. These complete deviation of the periodic lattice structure is the defects in the Crystal, it destroys the symmetry of the Crystal. Also will have more or less effect on crystal defects exist, this paper focuses on the influence of defects on the properties of materials, collected a large number of well-known scholars ' research results, laid the groundwork for systematic study of lattice defects.Key words: crystal defects; vacancy; material properties晶体结构中质点排列的某种不规则性或不完善性。
知识点——硼元素
一、元素介绍中文名称：硼英文别名：Boron，amorphous元素符号：B发现人：盖吕萨克相对原子质量：10.811密度：2.34g/cm³熔点：2300.0℃沸点：3658℃储存：密封保存。
原子体积：(立方厘米/摩尔)4.6元素在海水中的含量:(ppm)4.41元素在太阳中的含量：(ppm) 0.002地壳中含量：（ppm）950莫氏硬度：9.3晶体结构：晶胞为三斜晶胞。
核内质子数：5核外电子数：5中子数：6核电荷数：5原子核亏损质量：0.28017u质子质量：8.365E-27质子相对质量：5.035所属周期：2所属族数：IIIA摩尔质量：11（g/mol）热导率:W/(m·K)27.4声音在其中的传播速率：（m/S）16200 外围电子排布：[He] 2s2 2p1核外电子排布：2、3核电荷数：5电子层：K-L颜色和状态：固体原子半径：1.17常见化合价：+3二、性状特点1702年法国医生霍姆贝格首先从硼砂制得硼酸，称为salsedativum，即镇静盐。
1741年法国化学家帕特指出，硼砂与硫酸作用除生成硼酸外，还得到硫酸钠。
1789年拉瓦锡把硼酸基列入元素表。
1808年英国化学家戴维和法国化学家盖吕萨克、泰纳各自获得单质硼。
硼的拉丁名称为boracium，元素符号为B。
这一词来自borax（硼砂）。
硼在室温下比较稳定，即使在盐酸或氢氟酸中长期煮沸也不起作用。
硼能和卤族元素直接化合，形成卤化硼。
硼在600～1000℃可与硫、锡、磷、砷反应；在1000～1400℃与氮、碳、硅作用，高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应，形成金属硼化物。
这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质，常具有特殊的性质。
它是最外层少于4个电子的仅有的非金属元素。
其单质有无定形和结晶形两种。
前者呈棕黑色到黑色的粉末。
后者呈乌黑色到银灰色，并有金属光泽。
硬度与金刚石相近。
无定形的硼密度2.3克/厘米3，（25-27℃）；晶形的硼密度2.31克/厘米3，熔点2300℃，沸点2550℃，。
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冷却2等温2冷却处理过程硼的晶界偏聚Grain Boundary Segregati on of Bo ron du ring Coo ling2Iso therm al Ho lding2Coo ling P rocess吴 平,贺信莱,王学敏,曹 兵,于栋友(北京科技大学,北京100083)W U P ing,H E X in2lai,W AN G Xue2m in,CAO B ing,YU Dong2you(U n iversity of Science and T echno logy B eijing,B eijing100083,Ch ina)摘要:用径迹显微照相技术研究了含硼10×10-6和30×10-6的Fe240%N i合金在模拟冷却2等温2冷却处理过程后硼的晶界偏聚特征。
结果表明,在从1150℃以2℃ s冷速分别冷却到1100℃,1000℃,900℃,800℃和700℃保温2m in,然后再以2℃ s冷速冷却到600℃水淬的冷却2等温2冷却过程中,硼在晶界会形成明显的偏聚,晶界偏聚量随等温温度的下降先有所减少后增加,最低值在1000℃左右出现。
含硼10×1026合金在800℃以上温度等温后冷到600℃时,试样晶界偏聚包括连续硼偏聚带及一定量含硼析出相,其它试样沿晶硼偏聚带中硼主要以析出相形式存在。
实验还观察到在晶内亚晶界上也有明显的硼偏聚存在,并在偏聚带两侧存在有贫硼区。
在晶粒晶界与亚结构相交处,硼原子优先偏聚在晶粒晶界上。
关键词:FeN i合金;硼;晶界;偏聚中图分类号:T G11112 文献标识码:A 文章编号:100124381(2001)1220024205Abstract:T he grain boundary segregati on of bo ron in Fe240%N i alloy w ith10×10-6and30×10-6 bo ron du ring coo ling2iso therm al ho lding2coo ling p rocess w as investigated by p article track ing au to radi ograp hy techn ique1T he resu lts indicate that du ring coo ling2iso therm al ho lding2coo ling p rocess coo ling from1150℃to1100℃,1000℃,900℃,800℃,700℃resp ectively at2℃ s and iso therm al ho lding fo r2m in and then coo ling to600℃at2℃ s,the bo ron atom s segregate to grain boundaries obvi ou sly and the am oun t of segregating bo ron atom s first decreases then increases w ith the iso therm al ho lding tem p eratu re decreased,and the low est po in t is at abou t1000℃1T he grain boundary segregati on of bo ron of sam p les w ith10×1026bo ron iso therm al ho lding at tem p eratu res above800℃are m ain ly con tinuou s p it belts w ith som e am oun t bo ron p reci p itates,and that of the o ther sam p les are m ain ly bo ron p reci p itates1It is also ob served that obvi ou s bo ron segregati on ex ists on sub2structu res and bo ron dep leti on zone can be seen1A t the in tersecti on s of au sten itic grain boundaries and sub2grain boundaries,bo ron atom s p referab ly segregate to au sten itic grain boundaries1Key words:FeN i alloy;bo ron;grain boundary;segregati on 硼作为微量合金化元素,已在钢、高温合金及许多金属间化合物中广泛应用。
近年来,人们对采用适当控轧控冷工艺,利用硼与铌、钛、钼等合金元素的协同作用,经济有效地提高钢的各种性能等方面给与了较多关注,进行了许多相关机理研究,例如,利用适当的机械热处理,使棚与铌、钛在胞状亚结构上偏聚与析出,实现组织超细化的机理及工艺研究[1-3];硼细化合金和钢的铸态组织的作用机理[4,5]等。
综合说来,这些过程都涉及和利用了在各种热循环条件下硼及其它元素在晶界上的偏聚与析出行为,因此深入了解硼在各种热循环过程的偏聚与析出规律,对于更好地利用这些规律,开发性能好、成本低的材料具有重要的实用意义。
本工作研究了经过冷却2等温2冷却过程后硼的晶界偏聚特征。
为了避免冷却过程中发生相变对偏聚研究产生影响,试验采用无相变的加硼Fe2 40%N i合金进行规律性研究。
1 试验方法与材料 试验材料采用含硼量为10×10-6(0#)和30×10-6(1#)两种Fe2N i合金,成分见表1。
合金用6kg 真空冶炼炉熔炼,加钛保护硼。
铸锭加热到1150℃保温30m in后锻成14mm厚的板,再经过1100℃保温2h炉冷处理,切成横截面为14mm×14mm的条,车去脱硼层后加工成Υ10mm×12mm的圆柱试样。
试样热处理在Gleeb le1500热模拟机上进行。
各试样首先以约40℃ s的速度加热到1150℃保温15m in,保证各试样有相似的奥氏体晶粒尺寸,处理后的奥氏体晶粒平均尺寸为200Λm。
固溶后的样品以2℃ s冷速分别冷到1100℃,1000℃,900℃,800℃和700℃,等温保持2m in,再以2℃ s的冷速冷却到600℃进行水淬。
样品中的硼的分布状态采用径迹显微照相方法[6]分析,实验用的热中子累计辐照通量为811×1014n c m2。
表1 试验用Fe-40%N i合金成分(质量分数,%)T ab le1 Compo siti on s of Fe240%N i alloy 样品N i B S P N C T i Fe0#391450100100100440100260100260101101019余量1#401020100300100540100320100180101001019余量2 实验结果211 晶界偏聚情况 图1和图2分别给出低硼0#和高硼1#试样以2℃ s冷速冷却到1100℃,1000℃,900℃和700℃等温2m in,然后再以2℃ s冷速冷却到600℃水淬试样中硼的分布典型照片。
由图可见,经过不同处理的所有试样中奥氏体晶界上均显示有硼的富集带,在富集带中同时有硼原子聚集团(含硼析出物)存在。
不同硼量合金的晶界蚀坑带形态有所差异,对于低硼合金,在1100℃停留2m in后冷却的试样中,偏聚在晶界上的硼形成连续的蚀坑带,在带上分布有细小的硼聚集团,表明已有少量含硼相析出(图1a)。
而在冷到1000℃保温后冷下来的试样中,晶界偏聚硼量比图1a减少,带显得比较连续,带上有细小的聚团,如图1b。
随着等温温度的进一步降低,晶界偏聚的硼量不断提高,偏聚带内断续分布的聚团增多,聚团变大,如图1c。
在冷却到700℃保温后再冷却下来的试样(图1d)中,晶界蚀坑带形态发生明显变化,聚集团沿晶界密排并连接起来,变成宽而密实的带,蚀坑重叠严重,带中已分辨不出单个蚀坑。
对于高硼样品,在所有等温温度等温2m in后再冷下来,晶界均显示为断续分布的密集蚀坑堆群。
1100℃等温的试样蚀坑密集堆群为球形,堆群之间间距较大,显示的堆群大小约为4Λm左右,连续蚀坑带不多,如图2a所示。
在1000℃保温后,晶界密集蚀坑堆群间距缩小,堆群尺寸也变小,晶界带显得比1100℃连续,如图2b所示。
当保温温度进一步降低时,晶界上除了有球形密集蚀坑堆群外,还出现大长条形状的密集蚀坑堆,堆的尺寸也变大,到700℃等温时,试样晶界上已成为密实连续的含硼析出相带,无法区分单个蚀坑,如图2d所示。
图1 0#样品从1150℃经冷却2等温(分别为1100℃,1000℃,900℃,700℃)2冷却处理后的典型的硼的分布F ig11 T yp ical bo ron distributi on of0#samp lecoo ling2iso therm al ho lding(at1100℃,1000℃,900℃,700℃respectively)2coo ling212 晶内硼分布 各冷却2等温2冷却的低硼试样中晶内只有少量球形含硼析出物,但等温温度对晶内含硼颗粒的多少影响不大,在900℃以上等温的试样,晶内基体蚀坑密度图2 1#样品从1150℃经冷却2等温(分别为1100℃,1000℃,900℃,700℃)2冷却处理后的典型的硼的分布F ig12 T yp ical bo ron distributi on of1#samp lecoo ling2iso therm al ho lding(at1100℃,1000℃,900℃,700℃respectively)2coo ling基本不变,表明晶内硼浓度没有显著变化,而800℃和700℃保温后,试样晶内蚀坑密度明显稀疏,晶内基体硼浓度有所下降。
各温度保温后冷却的高硼试样中,晶内均有较多含硼析出相颗粒,但等温温度对晶内基体蚀坑密度影响不大。
213 贫硼区 无论是高硼样品还是低硼样品,所有冷却2等温2冷却样品中晶界硼富集带两侧均出现明显的硼贫化区,并且贫化区里看不到含硼析出颗粒。
214 亚结构偏聚 在晶内亚结构上也有可观察到的较明显的硼偏聚。
在所有冷却2等温2冷却试样中,硼原子主要富集在奥氏体晶界上,但也有少量的硼偏聚在亚结构上。
等温温度在900℃以上时,由蚀坑带显现出来的亚结构较少,等温温度低于800℃时,由蚀坑带显现出来的亚结构增多。