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產(chǎn)業(yè)動態(tài) | 東北大學：晶界工程改善金屬材料高溫強塑性和腐蝕性能新進展！

2020-12-08 15:22:42 作者：本網(wǎng)整理來源：《腐蝕與防護之友》分享至：

導讀

近年來，東北大學材料科學與工程學院李小武教授課題組在FCC 金屬的晶界特征分布優(yōu)化（GBCD）處理工藝（一種重要的GBE處理工藝）及其對腐蝕和室溫力學性能影響方面開展了系統(tǒng)的工作，結(jié)果發(fā)表在Corros. Sci. （2016, 107: 49-59）、Mater. Sci. Eng. A （2019, 765: 138299）等SCI期刊上。最近，該課題組在“GBE對低層錯能Cu-16.at%Al合金高溫力學性能和高氮無鎳奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕性能影響”方面又取得了新的研究進展，為同步提高金屬材料的高溫強塑性以及耐晶間腐蝕性能提供了新的思路。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于國際SCI期刊Scripta Materialia和Acta Metallurgica Sinica （English Letters）（封面文章）。

1 晶界工程對低層錯能Cu-16.at%Al合金高溫力學性能的影響

該工作通過適當（7%冷軋和723 K退火72 h）的形變熱處理工藝獲得了與非晶界工程（non-GBE）樣品晶粒尺寸相當、但晶界特征分布顯著優(yōu)化（特殊晶界比例高達86.2%）的晶界工程樣品（圖1a）。隨后，在723 K下對晶界工程和非晶界工程樣品進行不同應變速率（10-2/s和10-4/s）的拉伸性能測試發(fā)現(xiàn)，晶界工程顯著提高了Cu-16.at%Al合金的高溫塑性；尤其是，在應變速率10-4/s下，晶界工程樣品的高溫強度（屈服強度和抗拉強度）也得到了提升，實現(xiàn)了強度和塑性的同步提高（圖1b）。對斷后樣品的變形顯微組織及變形激活能進行表征和計算發(fā)現(xiàn)，晶界工程主要是通過改善變形均勻性、增強裂紋擴展阻力來提高材料的塑性。而強度的提升則主要是因為晶界工程降低了材料的吉布斯自由能（變形激活能間接反映），提高了其高溫變形穩(wěn)定性，進而抑制了變形過程中因動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生而導致的高溫軟化（圖1c）。

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圖1 探究晶界工程影響Cu-16.at%Al合金高溫力學性能的總結(jié)圖。（a）晶界工程和非晶界工程樣品原始組織對比；（b）在高溫450?C和不同應變速率（10-2/s和10-4/s）下，晶界工程和非晶界工程樣品的力學性能對比；（c）應變速率10-4/s下，晶界工程樣品和非晶界工程樣品的斷后顯微組織對比。[Scripta Mater., 2020, 187: 216-220]

2 晶界工程對高氮無鎳奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕性能的影響

該工作首先探索得到了Fe-20Cr-19Mn-2Mo-0.82N高氮無鎳奧氏體不銹鋼的最佳晶界工程處理工藝（5%冷軋和1423 K下退火72 h），并以此工藝獲得了與目標材料基態(tài)（BM）樣品相比特殊晶界（∑ ≤ 29的重位點陣晶界）比例大幅提升（增幅32.1%）的晶界工程樣品（圖2a）。通過草酸電解腐蝕試驗和硫酸-硫酸鐵腐蝕試驗評估基態(tài)和晶界工程態(tài)目標材料的抗晶間腐蝕性能發(fā)現(xiàn)，晶界工程可有效提高該不銹鋼的抗晶間腐蝕性能（圖2b）。對腐蝕樣品表面的金相和EBSD觀察結(jié)果表明，晶界工程改善目標材料抗腐蝕性能的原因在于形變熱處理誘發(fā)了大量耐蝕的∑3晶界，阻斷了隨機大角晶界的連通性，從而阻礙了腐蝕裂紋沿隨機大角晶界的擴展（圖2c），最終達到提升材料抗晶間腐蝕的目的。該工作被Acta Metallurgica Sinca （English Letters）選作了當期的封面文章（見圖3）進行了特別報道。

圖2 探究晶界工程影響奧氏體不銹鋼性能的總結(jié)圖。（a）晶界工程和基態(tài)樣品晶界特征分布及大角隨機晶界網(wǎng)絡(luò)對比；（b）晶界工程和基態(tài)樣品失重隨腐蝕持續(xù)時間的變化曲線對比；（c）晶界工程樣品中Σ3晶界打斷隨機大角晶界網(wǎng)路連通性的金相照片和相應的EBSD結(jié)果。[Acta Metall. Sin. （Engl. Lett.）， 33, 2020: 789-798]

圖3 Acta Metallurgica Sinca （English Letters）當期封面

相關(guān)論文信息及鏈接：

1.Guan, X.J., Shi, F., Ji, H.M. and Li, X.W.* （2020）： A Possibility to Sychronously Improve the High-Temperature Strength and Ductility in Face-Centered Cubic Metals Through Grain Boundary Engineering. Scripta Mater., 187, 216-220. （https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.06.026）

2.Shi, F., Gao, R.H., Guan, X.J., Liu, C.M. and Li, X.W.*, （2020）： Application of Grain Boundary Engineering to Improve Intergranular Corrosion Resistance in a Fe-Cr-Mn-Mo-N High-nitrogen and Nickel-free Austenitic Stainless Steel.Acta Metall. Sin. （Engl. Lett.）， 33, 789-798. （https://doi.org/10.1007/s40195-020-01000-8）

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