硼含量對(duì)(Fe,Ni)3V合金組織和力學(xué)性能的作用

侯錫貝,陳業(yè)新

(上海大學(xué)微結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200444)

硼含量對(duì)(Fe,Ni)3V合金組織和力學(xué)性能的作用

侯錫貝,陳業(yè)新

(上海大學(xué)微結(jié)構(gòu)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200444)

研究了室溫下硼含量對(duì)無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金在真空中拉伸時(shí)的力學(xué)性能及斷裂方式的作用.結(jié)果表明,隨著(Fe,Ni)3V合金中硼含量的增加,合金的晶粒尺寸持續(xù)細(xì)化,合金的最大抗拉強(qiáng)度和延伸率隨之提高.硼原子對(duì)有序態(tài)合金力學(xué)性能的作用要大于無(wú)序態(tài)合金,有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金斷裂方式隨硼含量的變化表明硼原子在晶界上提高了晶界的強(qiáng)度.晶粒尺寸的細(xì)化提高了無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的力學(xué)性能,而有序強(qiáng)化效應(yīng)及硼原子改善晶界性質(zhì)、細(xì)化晶粒的共同作用提高了有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的力學(xué)性能.

無(wú)序態(tài);有序態(tài);(Fe,Ni)3V合金;硼;力學(xué)性能

金屬間化合物作為未來(lái)航天、航空的潛在結(jié)構(gòu)材料,因存在長(zhǎng)程有序超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的金屬鍵結(jié)合力,使其具有較高的耐熱性能,而一些金屬間化合物呈現(xiàn)出反常屈服強(qiáng)度與溫度的關(guān)系.這些特性使金屬間化合物具有巨大的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景[1].然而由于大多數(shù)金屬間化合物在室溫下存在環(huán)境氫脆[2-3],導(dǎo)致其室溫塑性較差,不宜成型加工,嚴(yán)重限制了此類合金在工程上的應(yīng)用.金屬間化合物的環(huán)境氫脆主要分為兩類:由空氣中水汽誘發(fā)的環(huán)境氫脆和由氫氣誘發(fā)的環(huán)境氫脆[4-6].已有研究發(fā)現(xiàn),金屬間化合物的有序度越高,合金的氫脆敏感性越高[7-11].在金屬間化合物Ni3Al中添加微量硼原子可有效提高其室溫塑性[12],機(jī)理為硼原子在合金的晶界上偏聚,提高了晶界強(qiáng)度,且大幅降低了氫原子沿晶界的擴(kuò)散系數(shù),從而抑制了Ni3Al合金中由水汽誘發(fā)的環(huán)境氫脆[13-14].但是,硼原子并不是在所有金屬間化合物中均有此效應(yīng),如硼不會(huì)在與Ni3Al合金有相同結(jié)構(gòu)的Co3Ti合金的晶界上偏聚,因此對(duì)Co3Ti合金中由水汽誘發(fā)的環(huán)境氫脆沒有抑制作用[15].微量硼原子還可以有效抑制有序態(tài)Ni3Fe合金中由氫氣誘發(fā)的環(huán)境氫脆[16-17],因?yàn)榕鹪油瑯釉贜i3Fe合金(L12結(jié)構(gòu))的晶界上偏聚[18],從而提高了有序態(tài)Ni3Fe合金的力學(xué)性能.(Fe,Ni)3V合金是一種與Ni3Fe合金具有相同結(jié)構(gòu)的金屬間化合物,已有研究表明,有序度對(duì)(Fe,Ni)3V合金在真空和氫氣中的力學(xué)性能均有不同程度的影響[19].在真空中拉伸時(shí),合金的延伸率在有序化處理的初期(2 h內(nèi))迅速降低,但隨著有序化時(shí)間的延長(zhǎng),合金的延伸率保持恒定.在氫氣環(huán)境中拉伸時(shí),合金的延伸率隨有序化時(shí)間的延長(zhǎng),先快速降低,后緩慢降低;(Fe,Ni)3V合金在氫氣環(huán)境中的氫脆敏感性隨合金有序度的提高而提高.微量硼原子可以改善有序態(tài)Ni3Fe合金的力學(xué)性能,抑制合金中由氫氣誘發(fā)的環(huán)境氫脆,那么微量硼原子對(duì)(Fe,Ni)3V合金的力學(xué)性能是否也存在相同的作用呢？本工作研究了硼含量對(duì)無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金組織和力學(xué)性能的作用及其機(jī)理.

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用材料的成分如下:(Fe,Ni)3V,(Fe,Ni)3V-0.01%B,(Fe,Ni)3V-0.02%B,(Fe,Ni)3V-0.04%B,(Fe,Ni)3V-0.07%B.用純度高于99.9%的Ni,Fe,V和Fe-19.57%B合金,經(jīng)真空電弧爐熔煉,鑄成4.0 cm×1.0 cm×0.8 cm的鑄錠.鑄錠在真空中經(jīng)過1 000?C×35 h的均勻化退火,在1 100?C下熱軋成2 mm厚的板材,經(jīng)固溶處理并除去表面氧化皮后,再把板材冷軋至厚度約為1 mm.用電火花切割機(jī)沿軋制方向制備標(biāo)距尺寸為12 mm×3 mm×1 mm的拉伸試樣,試樣經(jīng)1 100?C×30 min處理,水淬得到無(wú)序態(tài)試樣.再取一部分無(wú)序態(tài)試樣封入真空石英管中,經(jīng)600?C×300 h有序化處理,爐冷后得到有序態(tài)試樣.所有試樣用砂紙打磨表面以除去氧化皮.無(wú)硼(Fe,Ni)3V合金的金相試樣用硝酸、鹽酸和水混合的酸溶液浸蝕,含硼合金的金相試樣用4%硝酸酒精溶液浸蝕.

拉伸實(shí)驗(yàn)在帶有環(huán)境室的MTS-810電-液伺服材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,形變速率為1×10?3s?1.在真空中拉伸時(shí),環(huán)境室的真空度為2×10?3Pa,用S-570掃描電鏡觀察拉伸試樣的斷口形貌.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

圖1顯示了硼含量分別為0%和0.07%的有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的金相組織,其他硼含量的有序態(tài)和無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的金相組織與圖1中的金相組織類似.可見,有序態(tài)合金的金相組織為單相(Fe,Ni)3V,而且隨著合金中硼含量的增加,合金的平均晶粒尺寸細(xì)化.用截線法定量測(cè)得的無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的平均晶粒尺寸隨硼含量的變化如圖2所示.可見,在(Fe,Ni)3V合金中添加微量硼原子可明顯細(xì)化合金的晶粒尺寸,而且隨著合金中硼含量的增加,合金的晶粒尺寸持續(xù)細(xì)化;在相同硼含量的試樣中,有序態(tài)合金的晶粒尺寸均略小于無(wú)序態(tài)合金的晶粒尺寸.圖2中的兩條曲線基本平行,表明硼含量對(duì)有序態(tài)合金晶粒尺寸的作用與對(duì)無(wú)序態(tài)合金晶粒尺寸的作用基本相同,即硼原子對(duì)合金晶粒尺寸的細(xì)化作用與合金有序度無(wú)關(guān).

圖1 硼含量分別為0%和0.07%的有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的金相組織Fig.1 Optical microstructure of the ordered(Fe,Ni)3V alloys doping with 0%and 0.07%B contents

圖2 無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金中的硼含量對(duì)晶粒平均直徑的影響Fig.2 Effect of B contents on average diameters of grains of the disordered and ordered (Fe,Ni)3V alloys

圖3為不同硼含量的無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金在真空中拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,其中A,B,C,D,E分別表示硼含量為0%,0.01%,0.02%,0.04%,0.07%.可見,隨著合金中硼含量的增加,無(wú)序態(tài)和有序態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率均隨之提高;在相同硼含量的試樣中,無(wú)序態(tài)合金的抗拉強(qiáng)度低于有序態(tài)合金,但無(wú)序態(tài)合金的延伸率高于有序態(tài)合金.表1列出了不同硼含量的無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金在室溫真空中拉伸時(shí)的力學(xué)性能，其中δ為延伸率，σmax為最大抗拉強(qiáng)度.圖4顯示了根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)繪制的無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的最大抗拉強(qiáng)度和延伸率隨合金中硼含量的變化.可見,有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金由于有序強(qiáng)化的效應(yīng)導(dǎo)致其最大抗拉強(qiáng)度高于無(wú)序態(tài)合金,而有序態(tài)合金的延伸率低于無(wú)序態(tài)合金.無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率均隨合金中硼含量的增加而提高,這與硼含量的增加細(xì)化了合金的晶粒尺寸,從而提高合金力學(xué)性能的趨勢(shì)是一致的.無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的最大抗拉強(qiáng)度和延伸率隨硼含量增加而線性增大,而有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的最大抗拉強(qiáng)度和延伸率隨硼含量的增加而呈現(xiàn)拋物線形增大,因此硼含量對(duì)無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金力學(xué)性能的作用存在較大差異.從表1中的數(shù)據(jù)可見,與不添加硼原子的合金相比,無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V-0.07%B合金的最大抗拉強(qiáng)度提高了8.8%,延伸率提高了15.8%;有序態(tài)(Fe,Ni)3V-0.07%B合金的最大抗拉強(qiáng)度提高了70.4%,延伸率提高了111.8%.

圖3 不同硼含量無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金在真空中拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves for the disordered and ordered(Fe,Ni)3V alloys doping with various boron contents in vacuum

表1 不同硼含量(Fe,Ni)3V合金在室溫真空中的拉伸力學(xué)性能Table 1 Tensile properties of(Fe,Ni)3V alloys doping with various boron contents when tested in vacuum at ambient temperature

圖4 真空中拉伸時(shí)(Fe,Ni)3V合金的力學(xué)性能與硼含量的關(guān)系Fig.4 Tensile properties of(Fe,Ni)3V alloys doping with various boron contents in vacuum

圖5為不含硼原子和硼含量為0.02%的無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金試樣在真空中拉伸時(shí)的掃描電子顯微鏡(scanning electronic microscopy,SEM)斷口形貌.可見,不含硼原子和含有硼原子的無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的斷口形貌均為完全穿晶斷裂形貌——韌窩,即在無(wú)序合金中添加硼原子后,拉伸時(shí)的斷口形貌沒有發(fā)生變化,但韌窩的尺寸略為變小(見圖5(b)),這可能與晶粒細(xì)化有關(guān).圖6為不同硼含量有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金在真空中拉伸時(shí)的SEM斷口形貌.可見,無(wú)硼合金的斷口形貌是以沿晶斷裂方式為主的混合斷口(見圖6(a));當(dāng)在合金中添加0.01%B后,合金的斷口形貌轉(zhuǎn)變?yōu)橐源┚嗔逊绞綖橹鞯幕旌蠑嗫?見圖6(b));隨著合金中硼含量的繼續(xù)增加,合金斷口形貌中的沿晶斷口比例繼續(xù)減小,而穿晶斷口比例繼續(xù)增大(見圖6(c));當(dāng)合金中的硼含量達(dá)到0.07%時(shí),合金斷口形貌中沿晶斷口完全消失,全部變?yōu)榇┚嗫?見圖6(d)),即合金以完全穿晶斷裂方式發(fā)生斷裂.

圖5 不同硼含量無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金在真空中拉伸時(shí)的SEM斷口形貌Fig.5 SEM fractographs of the disordered(Fe,Ni)3V alloys doping with various boroncontents in vacuum

圖6 不同硼含量有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金在真空中拉伸時(shí)的SEM斷口形貌Fig.6 SEM fractographs of the ordered(Fe,Ni)3V alloys doping with various boron contents in vacuum

從表1的拉伸數(shù)據(jù)可以看出,具有相同有序度的(Fe,Ni)3V合金在真空中拉伸時(shí),含硼合金的力學(xué)性能(強(qiáng)度和塑性)高于無(wú)硼合金,而且隨著合金中硼含量的增加,合金的力學(xué)性能也隨之提高.由圖1和2可知,添加在(Fe,Ni)3V合金中的硼原子細(xì)化了合金的晶粒尺寸.而晶粒尺寸的細(xì)化將提高材料的力學(xué)性能(強(qiáng)度和塑性).因此添加在(Fe,Ni)3V合金中的硼原子通過細(xì)化合金的晶粒尺寸,提高了合金的力學(xué)性能(見表1).而且,合金中硼含量越高,晶粒尺寸越小,合金的力學(xué)性能越高.由此可見,硼含量對(duì)(Fe,Ni)3V合金力學(xué)性能的作用是通過細(xì)化晶粒尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)的.

由圖6可知,隨著合金中硼含量的增加,合金的斷裂方式從不含硼合金的以沿晶斷裂方式為主的混合斷裂方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐源┚嗔褳橹鞯幕旌蠑嗔逊绞?最后轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆┚嗔逊绞?因此可以得出如下推論:添加在合金中的硼原子提高了有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的晶界強(qiáng)度,隨著合金中硼含量的增加,硼原子對(duì)晶界強(qiáng)度的提高效應(yīng)隨之增強(qiáng),這從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明添加在(Fe,Ni)3V合金中的硼原子在合金的晶界上發(fā)生了偏聚.在加硼Ni3Fe合金中也發(fā)現(xiàn)了硼原子細(xì)化晶粒尺寸和提高合金晶界強(qiáng)度的現(xiàn)象[16],而且已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了硼原子在有序態(tài)Ni3Fe合金的晶界上發(fā)生了偏聚[18].由此可見,硼原子在有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金中的作用與硼原子在有序態(tài)Ni3Fe合金中的作用相似.

由圖2已知,在(Fe,Ni)3V合金中添加硼原子可以細(xì)化合金的晶粒尺寸.分析試樣的加工處理過程可知,合金晶粒尺寸細(xì)化的原因是在合金的再結(jié)晶過程中,偏聚在晶界上的硼原子阻礙了晶粒界面(晶界)的遷移,從而細(xì)化了晶粒.此外,在制備(Fe,Ni)3V合金的金相試樣過程中還發(fā)現(xiàn),偏聚在晶界上的硼原子同樣降低了合金晶界抵抗酸性液體腐蝕的能力,含硼(Fe,Ni)3V合金用濃度為4%的硝酸酒精就可以浸蝕出合金晶界的清晰形貌(見圖1(b)),而無(wú)硼的(Fe,Ni)3V合金則需要用pH值更低的硝酸、鹽酸和水的混合酸溶液才能浸蝕出合金晶界形貌(見圖1(a)).由此可以推測(cè),含硼(Fe,Ni)3V合金較無(wú)硼(Fe,Ni)3V合金更容易浸蝕出晶界的原因是含硼(Fe,Ni)3V合金中的硼原子在晶界上發(fā)生了偏聚,從而使得晶界更易受到酸性液體的腐蝕.

上述討論結(jié)果表明,添加在(Fe,Ni)3V合金中的硼原子主要偏聚在晶界上,從而細(xì)化了晶粒尺寸.假定硼含量對(duì)(Fe,Ni)3V合金的有序化過程沒有影響,則以不添加硼原子的(Fe,Ni)3V合金作為基準(zhǔn),研究硼含量如何通過細(xì)化晶粒尺寸和改善晶界性質(zhì)來(lái)提高無(wú)序態(tài)和有序態(tài)合金的力學(xué)性能.根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可以得到合金中硼含量對(duì)無(wú)序態(tài)和有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金力學(xué)性能的作用(見圖7).可見,無(wú)論對(duì)于最大抗拉強(qiáng)度還是延伸率,硼含量對(duì)有序態(tài)合金力學(xué)性能的提升作用遠(yuǎn)大于無(wú)序態(tài)合金.隨著合金中硼含量的增加，硼對(duì)無(wú)序態(tài)合金力學(xué)性能的提升作用線性增大,而硼含量對(duì)有序態(tài)合金力學(xué)性能的提升作用則呈拋物線形增大,這一差異可能與合金的形變機(jī)制和硼原子改善晶界性質(zhì)、細(xì)化晶粒等因素有關(guān).

圖7 晶粒細(xì)化和晶界性質(zhì)改善對(duì)不同硼含量(Fe,Ni)3V合金在真空中拉伸時(shí)力學(xué)性能的作用Fig.7 Effect of the grain refinement and improvement of the grain boundary on tensile properties of(Fe,Ni)3V alloys doping with various boron contents in vacuum

已知無(wú)序態(tài)合金的形變是位錯(cuò)滑移的結(jié)果,當(dāng)在合金中添加硼原子后,硼在晶界上偏聚,導(dǎo)致晶粒細(xì)化.晶粒細(xì)化使合金中存在更多的晶界,這些晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起到了阻礙作用,從而導(dǎo)致合金強(qiáng)度的提高.與此同時(shí),當(dāng)合金受到外力發(fā)生塑性變形時(shí),形變可分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行,導(dǎo)致合金中的塑性變形較均勻,應(yīng)力集中較小.而且晶粒越細(xì),晶界面積越大,晶界越曲折,越不利于裂紋的擴(kuò)展,故晶粒細(xì)化在提高合金強(qiáng)度的同時(shí),也提高了合金的塑性——延伸率.在有序態(tài)合金中,合金的形變是通過超點(diǎn)陣位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,已知超點(diǎn)陣位錯(cuò)是由兩根位錯(cuò)和它們之間的反相疇界組成的,如果滑移面是密排面,則每一根位錯(cuò)將進(jìn)一步分解為兩根夾有堆垛層錯(cuò)的偏位錯(cuò)[20].如此結(jié)構(gòu)復(fù)雜的超點(diǎn)陣位錯(cuò)在合金受力形變發(fā)生滑移時(shí),位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)受到了很多約束,從而導(dǎo)致位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更加困難.為了促使超點(diǎn)陣位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),需要外界提供更大的應(yīng)力,故導(dǎo)致合金強(qiáng)度進(jìn)一步提高,塑性降低,即產(chǎn)生了有序強(qiáng)化效應(yīng).相對(duì)于無(wú)序態(tài)合金，有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的力學(xué)性能隨硼含量的變化證實(shí)了上述理論(見圖4).

添加硼原子的有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金在有序強(qiáng)化的基礎(chǔ)上,硼原子通過對(duì)晶粒的細(xì)化進(jìn)一步提高了合金的強(qiáng)度.此外,硼原子在晶界上偏聚也提高了合金的晶界強(qiáng)度,隨著有序態(tài)合金中硼含量的增加,硼原子在晶界上的偏聚量隨之增大,對(duì)提高合金晶界強(qiáng)度的貢獻(xiàn)也更大.隨著有序態(tài)合金晶界強(qiáng)度的提高,合金的斷裂方式由以沿晶斷裂方式為主的混合斷裂方式最終轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆┚嗔逊绞?見圖6).由此可見,含硼有序態(tài)合金在有序強(qiáng)化的基礎(chǔ)上,通過硼原子提高晶界強(qiáng)度和細(xì)化晶粒,進(jìn)一步提高了合金的強(qiáng)度.因此,硼含量對(duì)有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金強(qiáng)度的提高是有序強(qiáng)化、晶界強(qiáng)度提高和晶粒細(xì)化三者效應(yīng)的疊加,從而導(dǎo)致硼含量對(duì)有序態(tài)合金強(qiáng)度的提高效應(yīng)遠(yuǎn)大于無(wú)序態(tài)合金,其具體表現(xiàn)為隨著硼含量的增加有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的強(qiáng)度呈拋物線形增大(見圖7(a)).

同理,硼原子通過細(xì)化晶粒也可提高合金的塑性——延伸率.在Ni3Al合金中添加硼原子后,偏聚在晶界上的硼原子可提高晶界對(duì)形變時(shí)位錯(cuò)滑移的調(diào)節(jié)能力[21-22].由于無(wú)序態(tài)合金的晶界對(duì)位錯(cuò)滑移具有較好的調(diào)節(jié)作用,故未添加硼原子的無(wú)序態(tài)合金具有較好的延伸率(見表1).而在無(wú)序態(tài)合金中添加硼原子后,其對(duì)位錯(cuò)滑移的調(diào)節(jié)作用并不明顯,導(dǎo)致硼含量對(duì)無(wú)序態(tài)合金延伸率的提高主要是通過晶粒細(xì)化產(chǎn)生的.因此,隨著合金中硼含量的增加,無(wú)序態(tài)合金的延伸率線性增大(見圖7(b)).而在有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金中,由于晶界對(duì)超點(diǎn)陣位錯(cuò)滑移的調(diào)節(jié)作用較弱,導(dǎo)致超點(diǎn)陣位錯(cuò)易在晶界處塞積,產(chǎn)生應(yīng)力集中,從而使未添加硼原子的有序態(tài)合金的塑性大幅度降低(見圖4(b)),降幅達(dá)到51.7%(見表1),此時(shí)有序態(tài)合金以沿晶斷裂方式為主的混合斷裂方式斷裂(見圖6(a)).在有序態(tài)合金中添加硼原子后,晶界上的硼原子提高了晶界對(duì)超點(diǎn)陣位錯(cuò)滑移的調(diào)節(jié)作用,使超點(diǎn)陣位錯(cuò)可以穿過晶界繼續(xù)滑移.在硼原子通過細(xì)化晶粒提高合金延伸率的基礎(chǔ)上,隨著有序態(tài)合金中硼含量的增加,硼原子在晶界上的偏聚量相應(yīng)增大,從而使晶界對(duì)超點(diǎn)陣位錯(cuò)滑移的調(diào)節(jié)能力也隨之提高,導(dǎo)致合金的延伸率隨之增大(見圖7(b)),此時(shí)有序態(tài)合金的斷裂方式變?yōu)橥耆┚嗔?見圖6(d)).由此可見,硼含量對(duì)有序態(tài)合金塑性的提升作用遠(yuǎn)大于無(wú)序態(tài)合金.但值得注意的是,硼含量為0.07%的有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的延伸率僅與未添加硼原子的無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的延伸率相當(dāng)(見表1),這表明0.07%硼含量對(duì)有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金塑性的提升作用僅消除了有序強(qiáng)化對(duì)合金塑性的損害.

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論,可以得出硼原子對(duì)(Fe,Ni)3V合金力學(xué)性能的作用如下:添加在(Fe,Ni)3V合金中的硼原子在合金的晶界上發(fā)生了偏聚,偏聚在晶界上的硼原子在合金的再結(jié)晶過程中阻礙了晶界的遷移,細(xì)化了合金的晶粒,提高了合金的綜合力學(xué)性能.與此同時(shí),晶界上的硼原子通過提高合金的晶界強(qiáng)度和對(duì)位錯(cuò)滑移的調(diào)節(jié)作用(即改善了晶界性質(zhì)),進(jìn)一步提高了有序態(tài)合金的綜合力學(xué)性能.硼含量越高,偏聚在晶界上的硼原子對(duì)有序態(tài)合金綜合力學(xué)性能的提升作用越大,并改變了有序態(tài)合金在拉伸過程中的斷裂方式.硼含量對(duì)無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金綜合力學(xué)性能的提升作用是通過細(xì)化晶粒來(lái)實(shí)現(xiàn)的,而硼含量對(duì)有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金綜合力學(xué)性能的提升作用則是通過細(xì)化晶粒和改善晶界性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此硼原子對(duì)有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金力學(xué)性能的提升作用明顯大于對(duì)無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金力學(xué)性能的提升作用.

3 結(jié)論

(1)添加在(Fe,Ni)3V合金中的硼原子細(xì)化了合金的晶粒尺寸,提高了合金的強(qiáng)度和塑性.合金中的硼含量越高,合金的晶粒尺寸越小.

(2)在真空中,硼原子對(duì)有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金力學(xué)性能的提升作用明顯大于無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金.

(3)硼原子通過晶粒細(xì)化效應(yīng)提高了無(wú)序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的綜合力學(xué)性能,而硼原子通過晶粒細(xì)化、晶界性質(zhì)改善及有序強(qiáng)化的共同效應(yīng)提高了有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的綜合力學(xué)性能.

(4)硼原子通過提高合金的晶界強(qiáng)度和晶界對(duì)位錯(cuò)滑移的調(diào)節(jié)能力改變了有序態(tài)(Fe,Ni)3V合金的斷裂方式.

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Effect of B content on structure and mechanical properties of(Fe,Ni)3V alloy

HOU Xi-bei,CHEN Ye-xin
(Laboratory for Microstructures,Shanghai University,Shanghai 200444,China)

The mechanical properties and fracture mode of disordered and ordered (Fe,Ni)3V alloys with different boron contents in vacuum at the ambient temperature are studied.The results show that the grain size decreases continuously,and tensile strength and elongation increase with the increase of the boron content in the disordered and ordered (Fe,Ni)3V alloys.The effect of boron content on the mechanical properties of the ordered (Fe,Ni)3V alloy is significantly larger than that of the disordered(Fe,Ni)3V alloy.It is deduced by the fracture surface morphology varying with the boron content in the ordered (Fe,Ni)3V alloy that the change of the fracture mode is attributed to the segregation of boron on the grain boundary,thereby increasing strength of the grain boundary.Increases of the mechanical properties of the disordered(Fe,Ni)3V alloy come from the effect of the grain size decrease.The increases of the mechanical properties of the ordered(Fe,Ni)3V alloy are attributed to the joint effect of ordered strengthening,decreasing the grain size and improving the property of the grain boundary by boron atom.

disordered state;ordered state;(Fe,Ni)3V alloy;boron;mechanical property

TG 115.5;TG 146

A

1007-2861(2015)05-0648-09

10.3969/j.issn.1007-2861.2014.03.002

2014-02-12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51271102)

陳業(yè)新(1958—),男,研究員,博士生導(dǎo)師,博士,研究方向?yàn)椴牧现械臍湫袨?、相變? E-mail:yxchen@shu.edu.cn