基于FSP的B10合金晶界结构调控及抗晶间腐蚀性能研究

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晶界是多晶材料微观组织结构的重要组成部分,对材料的力学和化学等性能具有显著的影响。在不改变材料化学成分的基础上,利用基于退火孪晶的晶界工程技术对材料的晶界结构进行调控是实现材料晶界相关性能改善的有效途径。本文以B10合金为研究对象,通过搅拌摩擦加工在材料表层引入应变,探究搅拌摩擦加工参数和退火条件对B10合金表层晶界结构和抗晶间腐蚀性能的影响。主要研究工作和结果如下:首先,选取了不同搅拌速度对B10合金进行搅拌摩擦加工,研究了搅拌速度对材料组织结构和晶界特征分布的影响。研究结果表明,经不同搅拌速度(1000rpm、1200rpm、1400rpm和1600rpm)加工均得到了表面平滑无明显缺陷的材料,在热力耦合的作用下母材中粗大的晶粒被细化成细小的等轴晶,形成了大量Σ1晶界;Σ3晶界、Σ9晶界和Σ27晶界比例较低,随机晶界网络连通性完好。热循环和搅拌剪切力共同决定了材料动态再结晶组织和加工区塑性流动过程,随着搅拌速度的增加,材料中的储存能因受到更大的剪切变形而逐步增加,材料的平均晶粒尺寸也随着热效应的提升而逐渐增大。其次,将不同搅拌速度加工样品在700℃进行了24h退火,并对1200rpm加工样品进行了不同参数的热处理,研究了搅拌摩擦加工参数、退火温度和退火时间对B10合金晶界特征分布的影响。结果表明,基于搅拌摩擦加工结合退火处理优化B10合金晶界特征分布的最佳参数为搅拌速度1200rpm并在700℃退火24h。该工艺参数可将材料中低ΣCSL晶界比例由母材的58.3%提高至82.8%,并将J2和J3型三叉界角比例分别提高至5.9%和46.8%,打断了随机晶界网络的连通性。其原因是,搅拌速度较低时材料内储存能较低,不足以驱动晶界进行长距离迁移,导致材料内低ΣCSL晶界比例较低;搅拌速度较高时材料内储存能较高,容易提升再结晶晶核的比例,不利于提高低ΣCSL晶界比例。退火温度较低时热激活能量较低,不能为晶界迁移提供足够的驱动力,导致晶粒细小且低ΣCSL晶界比例不高;退火温度过高时热激活能量过高,导致晶界迁移迅速,低ΣCSL晶界比例因此降低。退火时间较短时,晶界没有足够的时间进行迁移反应,不能有效提高低ΣCSL晶界比例;退火时间过长时,晶粒会进一步长大,从整个系统而言,晶粒长大过程以界面能的降低为驱动力,导致低ΣCSL晶界被随机晶界所代替。最后,对加工态及退火态样品进行极化曲线测试,研究了搅拌摩擦加工处理及退火处理对B10合金抗晶间腐蚀性能的影响。极化曲线测试结果表明,与母材相比搅拌摩擦加工后样品的抗晶间腐蚀性能不会提高反而会下降,这是因为搅拌摩擦加工使材料内部晶界数量与位错密度上升,形成了更多腐蚀裂纹扩展的通道,从而降低了材料的抗晶间腐蚀性能。但经适当参数退火处理后,随机晶界处引入了高比例的低ΣCSL晶界,Σ3n(n=1、2、3)晶界的交互反应提高了J2和J3型三叉界角的比例,有效打断了随机晶界网络的连通性,使得晶界工程处理样品的抗晶间腐蚀性能远高于母材。该论文有图42幅,表14个,参考文献72篇。
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