《金屬材料合金相的早期析出行為的實驗與理論研究》是依託上海大學，由趙世金擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：金屬材料合金相的早期析出行為的實驗與理論研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：趙世金
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
金屬合金中析出納米相是強化的一種有效手段，研究這種相析出時的早期規律，是發展新合金和發揮已有合金潛在性能的科學基礎。本研究選擇核反應堆壓力容器低合金鋼中富銅團簇的析出，微合金鋼中間隙相合金碳氮化物的析出，18/8鉻鎳超級304H奧氏體鋼中富銅相的析出，Ni-Cr-Mo合金中金屬間化合物強化相的析出為研究對象，用原子探針層析技術、先進電子顯微技術和分子動力學與量子力學第一性原理計算方法對析出相析出初期的行為進行研究，闡明析出相的成分和晶體結構演化，析出時合金元素（雜質）之間的互動作用及其在界面處的偏聚，析出相與母體間的晶體學關係。利用量子力學第一性原理計算方法嚴格求解析出相和母相界面體系的原子與電子結構，確定不同元素的偏聚能，從能量角度分析合金元素偏聚的驅動力，預測其它合金元素在界面處的行為。研究成果可以為已有合金的成分、加工工藝和熱處理的最佳化，以及新合金的設計開發提供科學技術依據和支撐。
結題摘要
金屬合金中析出納米相是強化的一種有效手段，研究這種相析出時的早期規律，是發展新合金和發揮已有合金潛在性能的科學基礎。本研究套用“原子探針層析技術”(APT),“先進電子顯微技術” 和“分子動力學與量子力學第一性原理計算方法” 對核反應堆壓力容器低合金鋼(RPV)中富銅團簇，超級304H奧氏體鋼中富銅相，微合金鋼中MX相， Ni-Cr-Mo合金中金屬間化合物強化相的早期析出行為進行了研究，從化學成分、晶體結構和能量驅動等多方面來認識析出相的早期析出機制。 (1)套用APT與透射電鏡對RPV模擬鋼富Cu團簇早期析出階段的成分、數量和大小進行了深入研究，揭示了Ni元素會促進富Cu原子團簇的析出，而且Ni和Mn傾向偏聚在富Cu團簇周圍。富Cu團簇的成核過程中，Cu原子沿著α-Fe基體的{110}晶面以2層或3層為周期發生偏聚，導致晶格發生畸變，進而切變形成了多孿晶單斜9R結構，當9R結構（001）晶面間存在層錯時，還產生2H結構。(2)在時效處理的γ-鐵基合金（Super304H耐熱不鏽鋼）中，富Cu原子偏聚區由富Cu相過渡到穩定的Cu析出相，而富Cu相中的Fe，Cr，Ni等原子不斷被排擠並擴散到基體中，且富Cu相與FCC基體共格。(3)以熱力學和動力學分析為基礎，同時結合第一性原理計算，對富銅團簇的早期析出與能量驅動進行了系統的理論分析與模擬計算，提出了富Cu團簇早期析出過程的基本模型，該模型得到了分子動力學模擬“實驗”及上述基於APT與透射電鏡得到的富Cu團簇早期析出實驗的佐證。(4) V-Nb-Mo微合金鋼在回火過程中，彌散析出細小的MX型碳化物。碳化物尺寸小於臨界轉換尺寸rc時，共格應變強化主導切過機制，計算得到微合金鋼中第二相的臨界轉換半徑與本項目中APT實驗結果吻合。(5)通過特殊熱處理制度，Ni-Cr-Mo合金中析出納米級的Ni2（Cr，Mo）強化相。TEM研究表明，Ni2（Cr，Mo）相尺寸只有幾十納米，且納米尺度的Ni2（Cr，Mo）超點陣結構在Ni-Cr-Mo高溫合金中起到了增強增韌的作用。本項目選用了幾種具有重要工業套用背景的合金作為研究材料，從本質上弄清楚合金中納米尺度第二相的析出與聚集長大對合金多種性能所產生的巨大影響，這將為發展與國民經濟（如核電，航空發動機等）密切相關的新合金提供極為重要的理論指導與技術支撐。
