高温和低张应力作用下钢中磷的非平衡晶界偏聚及其动力学模拟

摘要

合金元素（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，多年来一直是冶金工作者和材料学工作者感兴趣的问题。溶质原子的晶界偏聚可分为平衡晶界偏聚和非平衡晶界偏聚两大类。对平衡偏聚的研究起步比较早，理论趋于成熟，但对非平衡偏聚的研究目前还存在很多空白和未知的领域，尤其是应力作用引起的非平衡晶界偏聚。
　　本文以2.25Cr-1Mo钢为实验材料，在低张应力作用引起的非平衡偏聚条件下以Xu模型为理论基础，通过AES实验测量了520℃、40 MPa条件下，7种不同的应力时效时间的P的晶界浓度，结果表明：
　　在张应力导致的晶界偏聚试验中，试验钢在520℃，40MPa张应力时效过程中产生了明显的非平衡晶界偏聚现象，临界时间为30min，超过临界时间以后P原子的晶界浓度缓慢下降，时效15h以后，晶界浓度回到平衡值。
　　Misra RDK对非平衡晶界偏聚的解释建立在蠕变机制的基础上，他的实验合金发生了蠕变，而对于未发生蠕变及其它塑性变形的低张应力引起的非平衡晶界偏聚，Xu模型是适用的。本文通过实验和模拟得到的结论验证了Xu模型的有效性，验证了它对低张应力作用下的非平衡晶界偏聚的解释是合理的。
　　试验材料中P原子及P－空位复合体扩散系数的模拟结果与参考文献中模拟结果较为接近，张应力增加了溶质原子-空位复合体的扩散系速率，降低了溶质原子的扩散速率。在模拟数据的基础上，得到了反偏聚过程中P原子扩散系数随应力时效时间变化的规律Di=10(-0.00121×t-20.73485)(m2 s-1)(t的单位为分钟)。

目录

高温和低张应力作用下钢中磷的非平衡晶界偏聚及其动力学模拟

Phosphorus Non-equilibrium Grain-boundary Segregation Induced By Low Tensile Stress and Its Kinetic Simulation

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 本课题研究的目的及意义

1.3 平衡晶界偏聚

1.4 非平衡晶界偏聚

1.5 俄歇电子谱（AES）简介

1.6 2.25Cr-1Mo钢简介

1.7 本文主要研究内容

第2章 实验过程

2.1 合金的熔炼及热处理

2.2 金相分析

2.3 屈服强度的测定及蠕变试验

2.4 应力时效（持久）过程

2.5 AES测试

2.6 试验所用主要实验设备

2.7 本章小结

第3章 实验结果与分析

3.1 屈服强度的测定及蠕变试验

3.2 金相组织分析

3.3 AES测试

3.4 实验结果的动力学模拟

3.5 临界时间常数的计算

3.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致 谢