《Acta Mater》定量描述Cr对单相Ni-Mo-Cr合金有序特征的作用!
2022-02-17 14:26:30 作者:材料科学与工程 来源:材料科学与工程 分享至:

Ni-Mo-Cr合金在高温和腐蚀环境中的应用越来越多,导致人们对研究添加Cr的Ni-Mo合金的有序-无序转变产生了兴趣。这些合金具有高温强度,并在恶劣环境下具有卓越的抗氧化和耐腐蚀性能。镍基合金能够承受这种极端条件的能力主要归功于Cr和Mo,这两种元素加入后具有所需的高温稳定性和耐腐蚀性。DO22(Ni3Mo)和/或D1a(Ni4Mo)组织对合金的显微组织、力学性能和腐蚀性能都有影响,硬度增加、断裂韧性降低增加了对氢脆和应力腐蚀开裂的敏感性。Ni-24%Mo-6%Cr三元合金表现出不同的fcc超晶格随时效温度的变化而稳定,在873 K时效后形成Ni、Mo (Pt、Mo型)和Ni Mo (D1a)共格畴。在含有2-4 wt.% Cr的Ni4Mo合金中,发现Cr能够抑制D1a相,但没有提供明确的解释。近年来对Ni-20%Mo进行了大量报道,但尚未对Ni-Mo-Cr三元合金进行详尽的研究。


印度巴巴原子研究中心的最新成果比较了二元Ni-29.5wt%Mo (简称Ni-29.5Mo)和三元Ni-16wt%Mo-7wt%Cr(简称Ni-16Mo-7Cr),明确了合金中Cr元素的作用和影响机制,探讨了三元合金中原子间的邻近相互作用。相关论文以题为“Quantitative description of the role of Cr on the ordering characteristics of a single phase Ni-16 wt.% Mo-7wt.% Cr alloy”发表在Acta Materialia。


论文链接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117263

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本文合金均通过电弧熔炼制备,熔铸后对二元Ni-29.5Mo、三元Ni-16Mo-7Cr合金分别进行1173K热轧,1223K固溶退火2h和1450K固溶退火1h(水淬),在真空下二元合金在973K-1073K时效3-50h,三元合金时效3-288h(水淬)。


研究发现淬火后的二元Ni-29.5Mo合金,以存在弥散{1 1/2 0}反射这一特征,真正对应于SRO结构,在第一NN距离有明显的不同原子偏好。EXAFS研究首次证明在第一NN距离中不存在Mo-Mo键,且由于淬火合金中SRO的存在,Ni-Mo和Mo-Ni键长也不同。此外,用EXAFS拟合得到的WarrenCowley参数与以前报道的XRD结果非常吻合。Ni-16Mo-7Cr三元合金时效之后,合金中SRO倾向减少,但EXAFS测量中检测到没有完全破坏。Cr和Mo均优先与Ni原子结合,在第一NN距离处不存在Mo-Cr键。EXAFS分析提供了Cr取代Mo在fcc晶格中的直接证据。

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图1 (a) Ni-29.5Mo合金和(b) Ni-Mo合金中加入Cr后的SRO到LRO转变示意图

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图2 Ni- 25.9Mo合金和Ni-16Mo-7Cr合金淬火后衍射图

图3 Ni-29.5Mo合金经不同时效后的衍射斑点SAED标定图和亮场暗场图

图4 (a)计算出的Ni-Mo、Ni-Cr和Cr-Mo系的相互作用参数;(b)比较Ni-Mo和Ni-Cr系的ECl值;(c) Ni-Mo合金中Cr原子的位置偏好示意图


本研究利用实验和模拟技术研究了Ni-29.5Mo和Ni-16Mo-7Cr合金的长期有序特性,以阐明添加Cr对Ni-16Mo-7Cr合金有序趋势的作用。在Ni-Mo和Ni-Cr体系中,对多位点相互作用的ECIs幅度具有一定影响,证实了Ni-Cr体系比Ni-Mo体系的有序趋势有所下降的实验结果。三元Ni-16Mo-7Cr合金在高温环境下长期暴露时,可能不会形成有序的金属间化合物相,合金可能仍处于无序的fcc相状态。本文对未来Ni-Mo-Cr三元合金的发展有积极作用。

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