具有失稳分解强化的Hall-Petch关系重点

具有失稳分解强化的Hall-Petch关系重点

收稿日期:2001-05-11

基金项目:国家自然科学基金资助项目(59671012)·作者简介:郝新江(1975-),男,河南禹州人,东北大学博士研究生;郝士明(1938-),男,吉林白城人,东北大学教授,博士生导师·

2002年2月第23卷第2期东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Feb .2002

Vol .23,No .2

文章编号:1005-3026(2002)02-0137-04

具有失稳分解强化的Hall -Petch 关系

郝新江,刘慧卿,郝士明,李洪晓

(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳　110004)

摘　　　要:对Cu -30Ni -25F e 合金,采用变形和热处理的方法获得了不同的晶粒度和失稳分解组织,研究了失稳分解相界对Hall -Petch 关系的影响·结果表明,合金发生失稳分解后,其硬度和晶粒

直径的关系仍符合Hall -Petch 关系式·在各种晶粒度下失稳分解后的硬度均大于固溶态,但当分解后的两相尺寸与晶粒尺寸相比约小两个数量级时,失稳分解的相界强化作用消失·失稳分解组织的细晶硬化系数K HV 值明显低于固溶态,且随失稳分解强化作用的增大而降低,这反映了失稳分解后合金的强度对晶粒大小的敏感程度降低·

关　键　词:失稳分解;Hall -Petch 关系;相界强化;Cu -N i -Fe 合金;合金强度;合金硬度;晶粒尺寸;细晶硬化系数中图分类号:TG 113.2　　　文献标识码:A

晶界作为晶体材料内部的一种面缺陷,明显地影响着材料的力学性能和物理化学性能,长期以来一直受到广泛的关注·通过减小晶粒尺寸可

以显著地提高材料的强度而不损害韧性和塑性,因此细晶强化是材料强化的最主要的手段之一[1～3]·单相材料的强度与晶粒尺寸的关系可由著名的Hall -Petch 经验公式给予很好的描述,即强度与晶粒直径的平方根的倒数成正比[4]

·失稳分解是通过成分的长程调幅,单相固溶体分解为结构相同成分不同的双相组织[5,6]·失稳分解后,在晶粒内部形成共格或半共格的相界·到目前为止,关于失稳分解相界对晶界强化关系式Hall -Petch 公式的影响鲜有报道·本研究以失稳分解后可获得等体积分数双相的Cu -30Ni -25Fe 合金为研究对象,采用变形和热处理的方法使合金获得了很宽的晶粒度范围,研究了失稳分解相界对Hall -Petch 公式的影响·

1　试验方法

实验合金的原料为高纯铁(99.9%)、电解铜(99.95%)和电解镍(99.9%),采用ZG -10型真空感应电炉,在氩气保护下熔炼并铸锭,锭重5kg ·合金成分是Cu -30Ni -25Fe (x /%),高温可实现FCC 结构单相化,低温又处于失稳分解区,且失稳分解

后的两相体积分数约各占50%[3]

·

沿铸锭纵向取横截面为20mm ×20mm 的条形坯料·坯料的固溶处理是在1000℃保温8h 并随炉升温至1100℃保温48h 后水淬·固溶处理后的坯料首先冷轧变形94%,然后用线切割的方法得到小块试样·试样在不同温度保温不同时间以使其发生再结晶转变和晶粒长大,然后水淬,共获得了5种不同的晶粒尺寸·再将试样分为三组,第一组在600℃时效24h ,第二组在900℃时效5h ,第三组不再时效·试样的固溶处理及时效处理均在真空下进行,真空度约为1Pa ·

硬度试验是用HVA -10A 型小负荷维氏硬度计测定的,载荷50N ,保压时间为10s ·研磨抛光后的金相样品用50HNO 3+25CH 3COOH +25H 2O (ml )腐刻后,用Versamet -2显微镜和PHILIPS -XL30(FEG )扫描电镜观察显微组织·用离子减薄方法制作薄膜,在EM400T 透射电镜上观察微观结构·晶粒直径的测量是在光学显微镜下采用Heyn 截线法进行的,测量的晶粒数目不少于200个,算得的晶粒直径误差小于5%·

2　实验结果与讨论

2.1　晶粒尺寸及组织的控制

Cu -30Ni -25Fe 合金在950℃以上处于γ单

具有失稳分解强化的Hall-Petch关系重点

相区,在950℃以下将发生失稳分解[7]·为了控制晶粒尺寸,94%冷轧变形后的试样,在950℃以上的单相区进行再结晶处理,然后采用水淬的方法抑制失稳分解的发生,以获得单相的过饱和固溶体·再结晶处理制度和晶粒直径如表1所示·

表1　试样热处理制度与晶粒直径对应表

Table 1　Heat treatment and corresponding grain size 试样号处理制度

晶粒直径/μm

A @+1075℃,0.5h 12.8

B @+1100℃,1h 16.9

C @+1100℃,4h 28.9

D @+1100℃,45h 93.5E

@+1150

℃,110h

159.4

　@:(1000℃,8h )+(1100℃,48h )固溶处理后冷轧到94%·

由表1可以看到,通过改变再结晶处理的温度和时间,可以使合金的晶粒尺寸在12.8～159.3μm 之间变化,相当于ASTM 的2～9级·

经上述处理得到的不同晶粒尺寸的单相固溶体试样,在600℃时效24h 的显微组织如图1a 所示,这种编织状的组织是典型的失稳分解组织,黑白相间的两相体积分数近乎相同,其中一相为富Cu 相,另一相是贫Cu 相(富FeNi 相),两相间的界面为共格界面·在900℃时效5h 的显微组织如图1b 所示·相对于在600℃时效24h 的试样,编织状的调幅分解组织明显粗化·这是由于随时效温度的增高,原子的扩散能力增加,完成了在界面能驱动下的迁移

·

图1　Cu -30N i -25Fe 合金时效后的失稳分解组织

Fig .1　The spinodal decompositional microstructure of C u -30Ni -25Fe alloy after aging

(a )—600℃,24h ;(b )—900℃,5h ·

图2　合金在600℃时效硬度随时效时间的变化

Fig .2　Ha …… 此处隐藏：6060字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……