高温和中、高张应力下2.25Cr1Mo钢中P原子的晶界偏聚

【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,尤其是中、高应力作用引起的非平衡晶界偏聚。 本文利用高温蠕变试验机,俄歇能谱仪等仪器设备,分别研究了520℃时,2.25Cr1Mo钢在200MPa及350MPa张应力等温时效过程中磷原子的晶界偏聚行为,并根据俄歇能谱试验数据计算了不同应力时效时间磷原子的晶界浓度。结果表明: 在200MPa及350MPa张应力等温时效过程中,磷原子都发生了非常明显的非平衡晶界偏聚,都出现了两个偏聚峰值。磷原子的晶界浓度首先是急剧上升,达到峰值,然后急剧下降到极小值,随后慢慢上升到另一个峰值,最后缓慢下降到一定的平衡值。当张应力为350MPa时,达到偏聚峰值的时间分别为60分钟、360分钟,出现极小值的时间为180分钟;当张应力为200MPa时,达到偏聚峰值的时间分别为15分钟、600分钟,出现极小值的时间为60分钟。并且在张应力为350MPa时,磷原子的晶界浓度明显高于张应力为200MPa时。值得注意的是在张应力为200MPa时,磷原子的晶界浓度出现了贫化现象。 与低张应力(40MPa)作用下磷的非平衡晶界偏聚规律相比,中、高张应力作用下磷的非平衡晶界偏聚规律明显不同。低张应力作用下磷原子的晶界浓度只有一个峰值,出现在30分钟。在低张应力作用时,材料没有蠕变,晶内空位浓度仅受应力作用影响;而中、高张应力作用时,试样有明显的蠕变。因此在Xu模型的基础上,还应考虑到扩散蠕变的影响,即溶质原子从平行于应力方向的晶界向垂直于应力方向的晶界移动;另外,在蠕变过程中,还会有加工硬化和回复现象,这会影响到晶内位错的密度,而晶内空位会湮灭于位错,所以会对晶内空位浓度产生极大影响,继而影响磷原子的晶界浓度。中、高张应力作用下磷的非平衡晶界偏聚规律应是以上三种机制综合作用的结果。