1、物理化學(xué)相分析 在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用,盧翠芬 陸金生 中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司 分析測(cè)試研究所 （ 鋼鐵研究總院 ） 2012年1月12日14點(diǎn),物理化學(xué)相分析在鋼鐵生產(chǎn)、研制、失效分析中的應(yīng)用,陸金生 教授 帕納科公司（原飛利浦公司分析儀器部） 技術(shù)顧問(wèn) 1937年7月出生 1957年-1997 冶金部鋼鐵研究總院 40年 1997年-至今 帕納科公司（原飛利浦）工作 13年 從事X射線(xiàn)衍射結(jié)構(gòu)分析工作 53年 享受中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院頒發(fā)的政府特殊津貼。 獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng) 及 冶金部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)多項(xiàng)。 在國(guó)內(nèi)外發(fā)表的論文 85 篇， 撰寫(xiě)專(zhuān)業(yè)書(shū) 五 本。,報(bào)告人介紹：,鋼材的測(cè)試 一

2、鋼和合金相分析技術(shù) 二 鋼與合金析出相 三 鋼與合金物理化學(xué)相分析 四 物理化學(xué)相分析對(duì)象 五 相分析技術(shù)在鋼和合金材料研究中的作用 文獻(xiàn),鋼和合金分析的物理化學(xué)相分析,鋼材的分析 一。鋼和合金相分析技術(shù) 二。鋼與合金析出相的種類(lèi) 析出相的組成，析出相的種類(lèi) 三。鋼與合金物理化學(xué)相分析方法 第二相的提取、相的分離技術(shù)、X射線(xiàn)衍射物相鑒定及定量、析出相組成元素的分析方 法、析出相顆粒度的測(cè)定 四。物理化學(xué)相分析對(duì)象 碳鋼低合金鋼、高速鋼、模具鋼、耐熱鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼、高溫合金、銅合金、鈦合 金、鎂合金、鋁合金、難容合金、記憶合金、滲層、堆焊金屬、粉末合金。 五。相分析技術(shù)在金屬材料研究中的作用

3、 改進(jìn)、確定合金成分、合金組織及穩(wěn)定性、確定熱處理制度、了解元素作用及強(qiáng)化機(jī)理、選擇工 藝參數(shù)、失效分析、仿制國(guó)外新材料。 文獻(xiàn),元素分析 結(jié)構(gòu)分析 金屬表面及界面分析 狀態(tài)分析 力學(xué)性能的測(cè)試,鋼鐵材料的分析測(cè)試,1。元素分析 1.1 化學(xué)分析方法：重量法、容量法、分光光度法、電化學(xué)法等； 1.2 儀器分析方法：原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜、原子質(zhì)譜、X-射線(xiàn)熒光光譜、電子探針、能譜，以及碳、硫、氧、氮、氫等氣體分析等。 2。結(jié)構(gòu)分析 2.1 掃描電鏡、透射電鏡（電子衍射） 2.3 金相顯微鏡 、偏光顯微鏡、熱分析儀 2.3 X-射線(xiàn)衍射,鋼鐵材料的分析測(cè)試,3. 金屬表面及界面

4、分析 3.1 俄歇電子 3.2 電子探針、離子探針 3.3 X-射線(xiàn)熒光 3.4 輝光放電：輝光光譜、輝光質(zhì)譜 4. 狀態(tài)分析 4.1 析出相分析 4.2 掃描電鏡能譜分析 4.3 熱分析 4.4 莫斯鮑爾效應(yīng)分析 5. 力學(xué)性能的測(cè)試,鋼鐵材料的分析測(cè)試,第一章：鋼和合金相分析,鋼和合金相分析簡(jiǎn)介,鋼和合金的性能，主要由其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)特征所決定?；瘜W(xué)成分又是在熱處理等工藝制度配合下，使其形成適當(dāng)?shù)幕w組織及析出有利的第二相。 相分析主要是對(duì)相的形貌、形態(tài)、大小、分布、數(shù)量、結(jié)構(gòu)（晶體結(jié)構(gòu)、取向）、成分進(jìn)行研究的一個(gè)過(guò)程 。,第一章：鋼和合金相分析- 手段,鋼和合金的相分析通常采用如下手

5、段， 表1 相分析手段,第一章：鋼和合金相分析,在對(duì)微量相進(jìn)行分析時(shí)掃描電鏡可用于晶界和斷口分析，可做成分分析（局限性：作相成分分析時(shí)受周?chē)w元素干擾的影響）。 X射線(xiàn)衍射分析，可進(jìn)行相鑒定，物相定量、晶體結(jié)構(gòu)、取向、晶格常數(shù)、有序度，晶粒度，錯(cuò)配度等的測(cè)定。 在相的成分分析中，多采用物理化學(xué)相分析方法。 而物理化學(xué)相分析的定義是：利用電化學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)的綜合手段，來(lái)揭示鋼和合金的微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)（指析出相）及其各析出相在鋼和合金中的含量、粒度的分析方法,第一章：鋼和合金相分析,我國(guó)是50年代末，我組姚影澄去前蘇聯(lián)學(xué)習(xí)后建立的，也稱(chēng)物理化學(xué)相分析。70年代我組陳明浩前往日本再次學(xué)習(xí)相分析技術(shù)。

6、我組馬翔、趙蔭清前往名美國(guó)學(xué)習(xí)了相分析技術(shù)。 前蘇聯(lián)稱(chēng)“物理化學(xué)相分析”；日本稱(chēng)“元素的狀態(tài)分析”,鋼中的物相 金相、電鏡. 一塊鋼變成一堆粉末 鋼與合金中的析出相三維的呈現(xiàn)在你面前 物理化學(xué)相分析是一門(mén) 邊緣科學(xué)： 電化學(xué)、分析化學(xué)、晶體學(xué)、X射線(xiàn)衍射、散射學(xué)、固體物理學(xué) 。,鋼和合金分析的 物相分析,鋼研 相分析組合影-1969年1月27日,鋼研 相分析組合影-2011年12月26日 (42年）,中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司 測(cè)試研究所 中國(guó)鋼研科技集團(tuán)有限公司 合金鋼研究所 安泰科技股份有限公司,鋼和合金分析的物理化學(xué)相分析 在鋼研總院,第一章：鋼和合金相分析 物理化學(xué)相分析,物理化學(xué)相分析

7、獨(dú)特之處在于： 用化學(xué)、電化學(xué)的方法溶解基體相，保留和提取第二相。 用各析出相的化學(xué)性質(zhì)的差別，進(jìn)行相的化學(xué)或電化學(xué)分離，獲取純的目的相。 借助X-射線(xiàn)衍射分析方法鑒定各析出相的類(lèi)型（晶型組成、點(diǎn)陣常數(shù)）。 借助X射線(xiàn)小角散射設(shè)備，測(cè)定提取出析出相的粒度大小。,第一章：鋼和合金相分析 物理化學(xué)相分析,物理化學(xué)相分析的局限性 不能研究相的形態(tài)及分布狀態(tài)（晶界、晶內(nèi)）。 對(duì)個(gè)別不穩(wěn)定的、粒度極細(xì)（0-30nm）的析出相的提取有困難.而且X射線(xiàn)衍射技術(shù)也難以鑒別物相（ 亞非晶-短程有序 ）。,第二章：鋼和合金的析出相（微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)）,析出相的組成 碳素鋼（C2%）的Fe-C合金，含Si、Mn、S、P

8、、O、N、H以及少量的其它合金元素（Al、Mg、Ca等）。 碳的影響最大，為了提高鋼的性能，加入第三元素，第三元素除一部分溶入基體組織外，還與C、O、N、S相互間形成各類(lèi)化合物：碳化物、氧化物、氮化物、硫化物、硼化物、碳硫化物、氮氧化物、碳氮化物和金屬間化合物等。,第二章：鋼和合金的析出相（微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)）,析出相的組成 有些化合物雖然含量很低，但它們有害（例如大顆粒的氧化物夾雜物），有的則能提高鋼的某些性能：如微合金化鋼中的MC相，一些合金中硼化物相，雖然少量，但起著強(qiáng)化晶界的作用。 有些金屬間化合物（例如高Al、Ti鎳基合金中相）析出量可高達(dá)60左右，對(duì)合金的強(qiáng)度性能起著決定作用。,第二章：

9、鋼和合金的析出相（微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)）,除基體相外，其它各種析出相、夾雜物均稱(chēng)為第二相。析出相的分類(lèi)方法有兩種： 根據(jù)元素特點(diǎn)分類(lèi)、或根據(jù)合金化程度分類(lèi)：,第二章：鋼和合金的析出相（微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)）,2-1按元素特點(diǎn)分類(lèi)如下： 1 氧化物（夾雜物）： SiO2、Al2O3、MgO、CaO、FeO、MnO、NiO、Cr2O3、TiO2、稀土氧化物和尖晶石類(lèi)等。 碳化物： MC、M2C、M3C、M6C、M23C6、M7C3等。 根據(jù)形成碳化物能力（穩(wěn)定性）排列如下：TiZrVNbWMoCrMn(Fe)Co。Ti是最強(qiáng)的碳化物形成元素，Co則相反。 上述這些元素生成碳化物晶體結(jié)構(gòu)不同可將碳化物分為兩類(lèi)：,第

10、二章：鋼和合金的析出相（碳化物）,碳原子半徑 / 金屬原子半徑 0.59 金屬元素鉻、錳、鐵生成相應(yīng)的碳化物外，部分金屬以原子狀態(tài)能進(jìn)入固溶體中。此類(lèi)碳化物為： M3C（正交晶系），其中M為 Fe、Cr、Mn、W、Mo、V；而C為 C、B。 M23C6 （面心立方晶系）M1（小原子半徑）Fe、Ni、Co、Mn、Cr，M2，W、Mo、V、Zr。 M2（大原子半徑) Nb、Ta、C- C、B M7C3-三角晶系（六方晶系），主要為Cr7C3, 其Cr可被Fe、Mn、Ni、Mo、V取代一部分。（FeCr）7C3中Fe能占60以上。 M6C-面心立方晶系， M1-小原子半徑Fe、Cr、Mn、Ni、Co

11、、V， M2-大原子半徑 Mo、W、Zr、Nb、Ta、Ti。 按固溶元素的多少可分為：M3,M3C(1)、M2,M4C(2)、M6,M6C(缺碳 M6C相，)。,第二章：鋼和合金的析出相（ 碳化物）,碳原子半徑/金屬原子半徑0.59時(shí) 形成間隙相即碳原子填入金屬立方晶格或六方晶格的空隙中，填充之后使金屬晶格大大加強(qiáng)，并使碳化物具有金屬鍵，此類(lèi)碳化物仍保留著金屬性（導(dǎo)電性、金屬光澤等）， 周期表IV,V族元素形成MC（面心立方晶系）：TiC、ZrC、VC、NbC、TaC、WC等。Ti、Nb、V、Zr與N還具有較強(qiáng)的親和力形成M(CN)，MN。,第二章：鋼和合金的析出相（ 碳化物）, TiC-多分

12、布在晶界上，呈不規(guī)則形狀。高溫固溶處理也不能完全固溶。800C以上，在晶內(nèi)以彌散狀析出。TiC能溶入大量的Mo,W,V,Nb,Ta,N,但不能溶入Fe,Co,Ni NbC-在含Nb鋼中經(jīng)常出現(xiàn)NbC相，一般彌散分布在晶內(nèi)，可限制晶粒粗化。合金中的一次NbC相不穩(wěn)定，經(jīng)熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)镸23C6相。 VC-在500C回火時(shí)析出，VC不溶入Fe,Co,Ni,可溶入30%Cr以及大量的Mo和W。在1350C時(shí)溶入奧氏體。釩鋼中常形成缺碳式的V4C3（細(xì)?。?。,第二章：鋼和合金的析出相 - 氮化物,3 氮化物 常見(jiàn)氮化物： 一般為簡(jiǎn)單的間隙相結(jié)構(gòu)：Fe2N、Fe3N、Fe4N、n4N. CrN、Cr2N

13、、 VN、TiN、NbN氮化物的穩(wěn)定FeMnCrVTiNb(由弱至強(qiáng))。,第二章：鋼和合金的析出相 - 氮化物,復(fù)雜的氮化物： Z相（NbCrN） 四方晶系（Fe,Cr,Mn）4(NbMo)3N3C ， 型氮化物(Fe,Ni)8-x(Cr,Mo)12+xN4-y ，立方晶系 BN，六方晶系， WN，六方晶系，Nb2N，六方晶系， Fe2N，正交晶系， Fe3N-Fe2N，六方晶系， Fe4N，立方晶系， Cr2N ，密排六方晶系， (Cr,Fe)2N1-x ，六方晶系， CrMoNx(1x2)，六方晶系， Mn4N 立方晶系， Si3N4,-Si3N4，六方晶系,第二章： 硫化物、磷化物、硼化

14、物,4 硫化物 常見(jiàn)的硫化物夾雜為（MnFe）S(立方晶系)；MnS(立方晶系)；CaS（立方晶系）；Fe1-xS（六方晶系）以及M2CS（Y相，六方晶系） 5 磷化物 析出相中常見(jiàn)為Fe3P(19-617卡片),四方晶系, Fe2P六方晶系（27-1171卡片） 6 硼化物 最常見(jiàn)的M3B2、Fe2B、(FeCr)2B、Cr2B、Ti2B、-MoB、Mo2B、 (Cr,Ni)5B4(M5B4)、 (Cr,Ni)4B3均為四方晶系； FeB、CrB、TiB、Ni3B均為正交晶系；CrB2、TiB2、MoB2均為六方晶系。,第二章： 金屬間化合物,Fe、Ni、Co基高溫合金與合金化高的合金鋼的強(qiáng)

15、化途徑之一是利用金屬間化合物的析出進(jìn)行沉淀強(qiáng)化，增加在高溫下的強(qiáng)度。 常見(jiàn)的金屬間化合物見(jiàn)表金屬間化合物種類(lèi)很多，從晶體結(jié)構(gòu)分類(lèi)又可分為二種：,第二章： 金屬間化合物,1 幾何密排相稱(chēng)為GCP相，例如、有序相，只因密排面上的A原子和B原子的有序排列方式不同和密排面的堆積方式不同，產(chǎn)生了多種不同的結(jié)構(gòu)。 2. 拓?fù)涿芘畔喾Q(chēng)為T(mén)CP相，例如、Laves(AB2)、R、P等。其原子排列比等徑球體的最密排還要緊密，配位數(shù)大于12，可到16，原子間距極短，只有四面體間隙沒(méi)有八面體間隙。,第二章：鋼和合金的析出相,上述各相大部分由過(guò)渡金屬所組成，其組成式隨合金加入元素種類(lèi)和數(shù)量不同而改變，因此它們的點(diǎn)陣常

16、數(shù)是變化的。 金屬間化合物對(duì)合金性能的影響與相的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、數(shù)量、形貌有著密切的關(guān)系。 例如、彌散又細(xì)小，大量析出可提高高溫合金的強(qiáng)度。相呈塊狀析出，降低沖擊韌性。相呈針狀、片狀、塊狀大量析出，降低鋼和合金的塑性。以上列出的各種相在我們的實(shí)驗(yàn)工作中絕大部分遇到和分析過(guò)。,第二章： 常見(jiàn)的金屬間化合物,第二章： 常見(jiàn)的金屬間化合物,第三章：鋼和合金物理化學(xué)相分析,鋼和合金物理化學(xué)相分析的內(nèi)容包括以下五個(gè)方面內(nèi)容 分解基體，提取第二相。 混合相進(jìn)行分離。 對(duì)提取相和分離相進(jìn)行X射線(xiàn)衍射相鑒定。 相中各元素的測(cè)定。 X-射線(xiàn)小角散射法測(cè)定析出相的粒度分布。,第三章：物理化學(xué)相分析- 相的提取方法,為了

17、提取鋼和合金以及金屬粉末（例如微碳鉻鐵粉末、Ti(CN)復(fù)合粉末等）中的化合物（氧化夾雜和析出相），常采用不同的方法，力求達(dá)到定量提取的目的，其大致分為下列幾種:,第三章：物理化學(xué)相分析- 相的提取方法,1.1 置換法 采用在中性鹽溶液中金屬自然電位（或氧化還原電位）的不同，溶解基體相，保留目的相的一種方法。 例如：CuCl2水溶液，從鋼中分離出殘余奧氏體和NbC； CuCl2+2KCl+2H2O水溶液，溶解鉄素體，分離出NbC、TaC、TiN、TiO2、Nb2O5；30FeCl3水溶液，從鋼中分離出Ti(CN)等中性鹽，常導(dǎo)致水解物沾污目的相，防礙基體表面的溶解，可加入適當(dāng)?shù)慕j(luò)合物來(lái)防止。或

18、采用超聲振探器改善溶解狀況。,第三章：物理化學(xué)相分析- 相的提取方法,鹵素法 鹵素水溶液法（F,Cl,Br,I） 鹵素有機(jī)溶劑法鹵素的甲醇或乙醇溶液 高溫?zé)o水鹵素法 例如：采用溴水可提取鋼中Al2O3、SiO2和一些碳化物；采用溴酯（醇）可提取鋼中AlN、碳化物、氧化物、硫化物及某些不穩(wěn)定的化合物。碘水+絡(luò)合劑可提取碳化物，但氮化物，硫化物被破壞。Al2O3、SiO2、FeO及穩(wěn)定氧化物被同時(shí)保留。,第三章：物理化學(xué)相分析- 相的提取方法=酸法,酸法： 利用基體與目的相的化學(xué)穩(wěn)定性的差異，將鋼屑溶于稀酸中，提取目的相。酸的濃度、溫度、性質(zhì)以及溶解持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短等都具有重要作用。 采用不同濃度的無(wú)

19、機(jī)酸均可用來(lái)從鋼中分離夾雜物、碳化物、氮化物、硫化物等。 例如：用硝酸（1+9）在室溫下，從鋼中分離出不太穩(wěn)定的鐵的硅酸鹽。日本人提出采用冷硝酸法提取鋼中Ti、Nb、V的析出物。酸法操作簡(jiǎn)便，但對(duì)不穩(wěn)定化合物不能定量提取。 按照碳化物在非氧化性酸中化學(xué)穩(wěn)定性差異，可粗略地將常見(jiàn)的碳化物分為三類(lèi)：,第三章：物理化學(xué)相分析- 相的提取方法-酸法, 穩(wěn)定碳化物：TiC、TaC、VC、NbC、M6C等，在非氧化性酸中它們非常穩(wěn)定，可用任何一種非氧化性酸定量提取，但析出物太彌散細(xì)小，可能受損失。 亞穩(wěn)定碳化物：M23C6、M7C3、(FeCr)3C,這些碳化物在稀鹽酸或稀硫酸中隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸溶解。

20、不穩(wěn)定碳化物：主要是Fe3C及Fe3C，在稀鹽酸或稀硫酸中極易溶解。 對(duì)不同類(lèi)型的鋼，采用酸法時(shí)，必須進(jìn)行嚴(yán)密的方法實(shí)驗(yàn)，以便尋找最合適的提取條件，一般來(lái)說(shuō)，亞穩(wěn)定碳化物用酸法提取所得結(jié)果較電解法低，而穩(wěn)定碳化物的結(jié)果與電解法一致。,第三章：物理化學(xué)相分析- 相的提取方法- 電解法,電解法的應(yīng)用，使相分析工作大大前進(jìn)了一步，不但能提取鋼和合金中的穩(wěn)定相，而且在選擇合適的電解液，電流密度、pH值、溫度、時(shí)間的情況下，也可以定量提取一些不穩(wěn)定的相。 常用的兩種電解法 1 恒電流電解法：按電流密度和電解表面積大小，控制電解電流。此法電解液的離子濃度、陽(yáng)極溫度、pH值、表面狀態(tài)及電流易變化。 2 恒電

21、位電解法：采用恒電位儀電解。陽(yáng)極電位穩(wěn)定，提取相量更準(zhǔn)確。,相的提取方法-電解法提取相的原理和試驗(yàn)方法-,第二相的電化學(xué)提取原理是把合金試樣作為陽(yáng)極，在外電場(chǎng)作用下與電解液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行選擇性溶解的方法。 利用不同相（基體，化合物）穩(wěn)定電位的差別電解提取目的相。穩(wěn)定電位取決于基體和相與溶液雙方的性質(zhì)，在同一溶液中，不同金屬基體、物相具有不同的穩(wěn)定電位，它們可以通過(guò)恒電位儀進(jìn)行測(cè)定。 例如:圖1、圖2反映出GH907合金中各相在兩種電解液中的極化曲線(xiàn)。圖3為恒電位儀電解裝置（也可作恒流電解裝置）,相的提取方法,從圖1可以看出在10氯化銨+5葡萄糖+2檸檬酸水溶液中，合金基體的穩(wěn)定電位在（-

22、200mv）而+“+AB2+NbC+G相的混合粉末的穩(wěn)定電位在（+300mv），當(dāng)選擇的電解電位（E）：-200mvE+300mv時(shí)，就可以采用此電解液定量提取+”+AB2+NbC+G相。,相的提取方法,從圖2可以看出在5HCl+5甘油+2酒石酸甲醇溶液中，合金基體與相的穩(wěn)定電位小于-50mv, +AB2+NbC+G相的混合粉末的穩(wěn)定電位在500mv以上， 當(dāng)選擇的電解電位（E）為-50mvE+500mv時(shí)，就可以在此電解液中溶解基體和，定量提取+AB2+NbC+G相。,相的提取方法 電解液的選擇,相的提取方法 電解液的選擇,表3 常用的電解液的種類(lèi),相的提取方法 電解液的選擇,表3 常用的電

23、解液的種類(lèi),相的分離方法,相的分離方法 針對(duì)鋼和合金的不同，選擇相應(yīng)的電解制度所得到的陽(yáng)極沉淀，包括鋼中存在的全部相。為了研究各種析出相對(duì)鋼和合金性能的影響，進(jìn)行各相之間的分離和測(cè)定是非常必要的。 目前常用的相分離方法，主要是化學(xué)和電化學(xué)分離方法。物理方法如磁選法，比重法難做到定量分離的目的。,相的分離方法,化學(xué)分離法 化學(xué)分離法是基于相的化學(xué)穩(wěn)定性不同而建立起來(lái)的。相的化學(xué)穩(wěn)定性受它的晶體結(jié)構(gòu)、元素的成分、顆粒大小、形狀及其所處的介質(zhì)的狀況不同而表現(xiàn)出差別。從而可以進(jìn)行相之間的分離。在不同相存在時(shí)，常用的化學(xué)分離方法見(jiàn)表4。,相的分離方法,相的化學(xué)分離方法,相的分離方法,相的化學(xué)分離方法,相

24、的分離方法,電化學(xué)分離方法: 電化學(xué)分離方法是基于相在不同的電解液中穩(wěn)定電位的差別而建立起來(lái)的一種方法，常用的電化學(xué)分離方法見(jiàn)表5。,相的提取方法,相的電化學(xué)分離方法舉例,相的提取方法,從表5可以看出： 雙相不銹鋼以及雙相不銹鋼的焊縫相分析， 3號(hào)與4號(hào)電解結(jié)果差減，就可以獲得相含量。,對(duì)提取或分離得到的析出相粉末，采用X-射線(xiàn)衍射技術(shù)完成下述測(cè)量 析出相鑒別： 析出相含量測(cè)定： 析出相晶粒尺寸測(cè)定 析出相點(diǎn)陣參數(shù)精確測(cè)定： 新技術(shù)： 零衍射載物臺(tái) 面指數(shù)定相技術(shù) 絕熱法、Reitveld全譜圖擬合技術(shù),相的X-射線(xiàn)衍射鑒定,析出相鑒別：電解提取出的陽(yáng)極沉淀極少，有時(shí)幾毫克，常規(guī)載物臺(tái)無(wú)法使用

25、（幾克樣品），采用自己研制的零衍射載物臺(tái)。 另外：獲得的衍射圖譜，常規(guī)物相鑒定技術(shù)難以解決-（由于固溶元素變化），軸比大范圍變化，引起面間距不規(guī)則變化，采用自己編制的手冊(cè)完成鋼與合金物相的鑒別 析出相含量測(cè)定：自己測(cè)量出鋼與合金中物相的參考強(qiáng)度比值，運(yùn)用絕熱法測(cè)量各個(gè)物相含量，對(duì)于組成不變的物相采用Reitveld全譜圖擬合技術(shù)完成定量相分析。,相的X-射線(xiàn)衍射鑒定,3. 析出相晶粒尺寸測(cè)定： 采用謝勒公式求出析出相的晶粒尺寸，物相晶粒尺寸不同，對(duì)合金性能 的影響也不同。 4. 析出相點(diǎn)陣參數(shù)精確測(cè)定： 析出相固溶元素不同點(diǎn)陣常數(shù)不同，根據(jù)點(diǎn)陣常數(shù)變化研究固溶元素與 性能的關(guān)系。 5. 析出相

26、的有序度： 超結(jié)構(gòu)線(xiàn),相的X-射線(xiàn)衍射鑒定,析出相中各組成元素的分析方法,分析步驟如下： 提取或分離得到混合相或某單一相粉末。 用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵淙芙狻?試液轉(zhuǎn)移到容量瓶中定容。 采用適當(dāng)?shù)姆椒?，如AAS、ICPAES、X射線(xiàn)熒光光譜等方法，對(duì)組成元素的量進(jìn)行測(cè)定。 由測(cè)定結(jié)果計(jì)算出各析出相的量及組成結(jié)構(gòu)。,析出相的粒度分布測(cè)定方法,采用行X-射線(xiàn)小角散射法測(cè)定提取或分離得到的析出相粉末顆粒度。 粉末樣品與火棉膠液體充分混合。 制備樣品 采用：X射線(xiàn)儀的 Hibrid的附件 (PANalytical) 或者采用Klace相機(jī)、四狹縫相機(jī)測(cè)量顆粒度。 解釋獲得的直方圖：（相對(duì)粒度分布、重量百分?jǐn)?shù)、

27、平均粒度） 大顆粒粉末采用激光分析儀測(cè)定,第三章：物理化學(xué)相分析- 小結(jié),鋼材樣品 電化學(xué)提取物相 收集陽(yáng)極粉末沉淀，洗滌、干燥 衍射鑒定物相 物相分離 各個(gè)物相含量測(cè)定 析出相元素組成鑒定 析出相顆粒尺寸、晶粒尺寸測(cè)定 半,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 1 碳鋼、低合金鋼相分析,碳鋼和低合金鋼中的主要析出相是滲碳體Fe3C，隨著合金化程度的不同，滲碳體可以含有較多的合金元素如Cr、Mn、V、W、Mo等。 目前采用KCl-檸檬酸水溶液和10乙酰丙酮+1LiCl（或四甲基氯化銨）甲醇溶液都可定量提取滲碳體。 低合金鋼中加入微量的Al、V、Nb、Ti之后，除Fe3C相外還析出MC、M(CN)和MN相

28、，我們都可以進(jìn)行定量相分析和粒度分析。 此外，鋼中常含有少量的AlN、硫化物及氧化物夾雜，也可以進(jìn)行定量相分析。 我們?cè)治鲞^(guò)的鋼種有：,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 1 碳鋼、低合金鋼 相分析,我們?cè)治鲞^(guò)的鋼種相分析有： 碳鋼，低合金鋼，珠光體鋼和馬氏體鋼 （ M3C、M7C3、M23C6、MC） 微合金化鋼 （ M3C、VC、TiC、NbC、M(CN)、MN等） 含Cr5%的鋼 （ 碳化物、氮化物、金屬間化合物） 含石墨碳鋼和合金化鑄鐵 （ 碳化物、氮化物、石墨、氧化物、硫化物） Fe-Al-Si-C （ 相、Fe3AlCx ） 奧氏體高錳鋼 （ M3C、M7C3, MnS ） 低合金錳鋼

29、 （ V(CN), VC, 相 ） 含12Cr的馬氏體鋼和以碳化物強(qiáng)化的奧氏體鋼。,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 2-高速鋼相分析,高速鋼中常見(jiàn)的析出相為，M6C、MC、M23C6、M7C3、M2C、M(CN)、M3C、M2CN等，我們?cè)治鲞^(guò)的鋼種有： W9Mo3Cr4V 日本SKH9 西德M2 國(guó)產(chǎn)M2、W18 高碳加氮，高氮9Cr13Mo3Co3Nb2V 粉末冶金高速鋼等。 航空材料B-1合金。,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 3-磨具鋼相分析,磨具鋼中常見(jiàn)的析出相為：、Laves、MC、M2C、M23C6、M6C、M7C3、Fe3C等， 我們?cè)治鲞^(guò)的鋼種有： P20 P37CT調(diào)質(zhì)鋼 高C

30、o稀土磨具鋼. Cr2W8V磨具鋼. （ VC,M6C, -W2C, M23C6, M3C) Cr2W8V模具鋼（VC. M6C. -W2C ,M23C6, M3C）,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 4- 耐熱鋼相分析,耐熱鋼常見(jiàn)的析出相為：M2(CN)、M6C、M23C6、M7C3、MN、MC、AB2、M3C等。 新型Fe-Cr2-Mo0.9鋼 Cr-Mo-V鋼 新型鉄素體耐熱高強(qiáng)度鋼（C0.08Cr9Mo0.9W1V0.2Nb0.06N0.03） Cr-Mn-N鋼 0.1C-18Cr-9Ni-3Cu-NbN鋼（有富銅相） Cr-Ni-N-RE鋼 G102、G106鋼,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象

31、 5-高強(qiáng)鋼的相分析,常見(jiàn)的析出相為：Fe3C、CrN、M23C6、M2(CN)、M7C3、M6C等。 C0.2Ni9Cr2Mo1Co鋼 Fe-Cr2-Mo1鋼 155PH鋼（加Cu）,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 6-不銹鋼的相分析,不銹鋼中常見(jiàn)的析出相為，、M23C6、Cr2N、M7C3、Ti(CN)、TiN、TiC、Ti2CS、-MnS、M6C(M12C)等。不銹鋼的種類(lèi)很多，常見(jiàn)的幾種有如： Cr18Ni18 1Cr18Ni9Ti 1Cr12Mo馬氏體 00Cr16Ni65Mo16 00Cr25Ni35AlTi 2RE69 00Cr25Ni22Mo2.4 雙相（Fe,）不銹鋼,第四章：物

32、理化學(xué)相分析對(duì)象 7-高溫合金相分析,高溫合金分為： 鎳基合金、鐵基合金、鐵鎳基合金和鈷基合金。 按冶煉工藝的不同可分為鑄造合金和變形合金。 高溫合金用途很廣，主要用來(lái)制造飛機(jī)，船舶，車(chē)輛的燃?xì)鉁u輪部件；宇宙飛船、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆、潛艇、蒸汽動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)裝置；石油，化工設(shè)備及其他民用高溫用途部件。 我院相分析實(shí)驗(yàn)室建立于1959年，最先主要為高溫合金服務(wù)。1980年出版的高溫合金手冊(cè)一書(shū)中列出的84種牌號(hào)的高溫合金，絕大部分是我院高溫合金材料室研究過(guò)的材料，我們?yōu)榕浜纤麄兊难芯窟M(jìn)行了大量的相分析研究工作。為我國(guó)國(guó)防建設(shè)貢獻(xiàn)了近兩代人的智慧和力量。,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 7-高溫合金相分

33、析,近十年為了仿制美國(guó)最新“發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)形材料”，并完成了低膨脹合金GH903,GH907,GH909,GH783的研制， 同時(shí)還進(jìn)行了其它合金的相分析研究： 在高溫合金中微量元素（Mg,Zr,Si,Y,稀土）的作用與控制研究中，分析了微量元素在各相的分配，對(duì)高溫合金成材率和性能的研究具有很好的指導(dǎo)作用。高溫合金中加錸，釕，釔等特殊元素在各相中的分布含量也進(jìn)行過(guò)研究，,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 8-銅合金、9-鈦合金相分析,8. 銅合金： 曾研究了用于高壓電器開(kāi)關(guān)材料: Cu-Bi-Ag, Cu-Bi-Ce合金 ，第二相為： Bi、Cu、CeO2、-Bi2O3、Ag。 Cu-Ni-Al-Ti-

34、Cr-Si-Fe系合金， 第二相為：，Ni7Ti2Si3和Cr。 9. 鈦合金：主要生成和相?？捎秒娊夥ㄟM(jìn)行分離測(cè)定。 常見(jiàn)的合金有： Ti-Cr Ti-Si Ti-Mo合金（Ti5Si3、TiC等）,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 10-鎂合金相分析,鎂合金： 我國(guó)是一個(gè)鎂資源非常豐富的國(guó)家，鎂合金的應(yīng)用有了一個(gè)廣闊的天地。鎂化學(xué)性質(zhì)非?；钴S，提取其分析相時(shí)，電解液或酸溶液pH值影響很大。 常見(jiàn)的析出相：Mg17Al12、AlFe、Al5Fe2、AlMn、All8Mn5、Zr3Al、ZnAl、-Mn、CeO2等。 常見(jiàn)的鎂合金有： Mg-Al Mg-Zn Mg-Li Mg-Al-Zn-Mn,第四

35、章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 11 鋁合金相分析,Al-Cu-Mg系2024鋁合金， （有Al2Cu相、Al7Cu2Fe相）。 Al-Mn-Ni, （Al6Mn、Al3Ni、Al60MnNi4相 ）。 Al-Mn-Fe, （Al6(MnFe)相。） Al-Co-Ni,Al3Ni、 （ Al9Co2相 ）。 Al-Cr-Zn, （ Al7(CrZn)、Al7Cr相 ）。,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 12 難熔合金的相分析 1-4,12-1 鉬基合金 Al-Cu-Mg系2024鋁合金， （有Al2Cu相、Al7Cu2Fe相）。 Al-Mn-Ni, （Al6Mn、Al3Ni、Al60MnNi4相 ）。 A

36、l-Mn-Fe, （Al6(MnFe)相。） Al-Co-Ni,Al3Ni、 （ Al9Co2相 ）。 Al-Cr-Zn, （ Al7(CrZn)、Al7Cr相 ）。 12-2 鎢基合金 W-Mo系，電燈上的鎢絲， 第二相為：WO2、W2O5、WO3、W2C、WC、MC、ZrC、NbC、氧化物夾雜等。,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 12 難熔合金的相分析 1-4,12-3 鈮基合金：析出相：MC、M2(CN)、-Nb2C等。 Nb-(Zr、Ti、Hf) Nb-(V、Ta) Nb(Cr、Mo、W) 12-4 鉻基合金： 析出相： MC、Cr2N、 CrN、 Cr23C6、 Cr7C3、(Fe Cr

37、)2(Mo、Ta、Ti)、Cr3 Nb3C 等 Cr-Nb-Mo-W-C系 Cr-Mo-Fe-W-C系 Cr-Mo-Nb-C系 Cr-Mo-Ta-Fe-C系,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 13-記憶合金的相分析,Cu-Zn-Al記憶合金，析出相：、相。 SMA-Co記憶合金，析出相：、M23C6、Laves、G、Ti(CN)、NbC等相。 Fe-31Ni-10Co-3Ti形狀記憶合金，相的析出規(guī)律對(duì)合金馬氏體相變組織、力學(xué)行為及形狀記憶效應(yīng)的影響，(Ni(CoFe)3Ti。,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 14-逐層相分析,合金與周?chē)鷼怏w介質(zhì)互相作用擴(kuò)散深入表面向里：滲氮、滲鉻、滲鋁、滲碳 等，形成

38、相分布不均勻擴(kuò)散區(qū)，可以取一定厚度的層進(jìn)行研究。例如： 采用逐層相分析法可確定某些馬氏體和奧氏體不銹鋼隨滲氮層深度的不同 其耐蝕性不同的原因。 高Cr鋼氮化時(shí)主要形成CrN、Cr2N、(FeCr)2(CN)等化合物，采用相分析 方法，電解鋼的表面層，離析出陽(yáng)極沉淀相，組成研究結(jié)果列與表中6： 這兩種鋼滲氮層的陽(yáng)極沉淀含有氮化鉻和鐵鉻復(fù)合碳氮化物。而組成與原 始合金相的那些層中，陽(yáng)極沉淀為Cr23C6，幾乎不含氮。 通過(guò)定量相分析確定，深變至0.17mm的滲氮層是由三個(gè)相組成的:CrN、 (FeCr)2(CN)和富氮鎳固溶體。在這一層中氮化物的總量為30%，其余為 基體，這一層具有高的耐蝕性能。

39、,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 14-逐層相分析,陽(yáng)極沉淀的相組成,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 14-逐層相分析,當(dāng)在深度為0.17-0.22mm的一層中，存在CrN和(FeCr)2N，因數(shù)量顯著減少，固溶體鉻含量提高，但未達(dá)到保證高耐蝕性所需要的濃度，這一層固溶體的氮含量少，該層的耐蝕性較低。 在更深一層中，固溶體中的鉻含量15%，而只有3%Cr生成Cr23C6，這一層耐蝕性不高。 通過(guò)定量相分析，鉻在析出相和固溶體之間的分配不同，但在各層中它的總含量是固定的，相當(dāng)于鋼中的平均含量在滲氮層中相的形成主要靠鋼中氮的擴(kuò)散。 采用逐層相分析對(duì)滲氮鋼進(jìn)行詳細(xì)的研究發(fā)現(xiàn)鋼在水中的耐蝕性和相組成特點(diǎn)之間關(guān)

40、系密切，促進(jìn)耐蝕性的主要原因是固溶體富氮和形成特殊耐蝕氮化物。當(dāng)固溶體中氮化物形成元素（特別是Cr）貧化和富氮不足時(shí)，就造成耐蝕性降低。為了防止鎳基熱強(qiáng)合金的氧化常采用滲鉻的方法和滲鋁的方法。對(duì)他們的滲層組織結(jié)構(gòu)和含量也可以進(jìn)行定量相分析。,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 15堆焊金屬材料的相分析,為了對(duì)焊接熱影響區(qū)進(jìn)行相分析研究，可在一個(gè)狹窄的表面區(qū)域或?qū)⒛覆南魅ヂ冻龊笇舆M(jìn)行相的離析和溶解及定量分析。母材的表面不用分析的部分可用石蠟或用聚氯乙烯硬質(zhì)601粘合劑密封。 例如：不銹鋼焊縫、低合金鋼焊接熱影響區(qū)內(nèi)析出相進(jìn)行相分析。一方面可以研究堆焊層的組織，另一方面鋼在焊接時(shí)其母材的性能將受到一定的影

41、響，尤其是緊靠焊縫的區(qū)域在焊接熱循環(huán)的影響下鋼中的組織結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生很大的變化，晶粒粗化會(huì)大大降低鋼的使用安全性，為了闡明焊接冷卻速度對(duì)低合金鋼焊接熱影響區(qū)微觀(guān)組織和低溫韌性的影響，可在熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行模擬焊接試驗(yàn)，采用物理化學(xué)相分析的方法，分析出析出相類(lèi)型、數(shù)量、成分和粒度大小，探討焊接熱影響區(qū)低溫韌性變化的原因。,第四章：物理化學(xué)相分析對(duì)象 16-粉末合金的相分析,(1)微碳鉻鐵粉末 (2)鐵和碳氮化鈦復(fù)合粉末 (3)氮化釩鐵粉末.氮化鉻鐵粉末中各化合物的分析。,第五章： 物化相分析在金屬材料研究中作用,我國(guó)的特殊鋼和高溫合金，許多是我國(guó)自行研究的材料，就這些材料來(lái)說(shuō)不同于其他從國(guó)外引進(jìn)的材

42、料，在一定程度和范圍內(nèi)有資料可供參考，只要能搞到實(shí)物，起碼材料的成分一經(jīng)分析就可知道。,第五章： 物化相分析在金屬材料研究中作用,但在研究其冶煉工藝、熱處理質(zhì)變組織結(jié)構(gòu)、性能方面就必須依靠我國(guó)自身的科研力量進(jìn)行科學(xué)的精確的研究和分析。 如對(duì)鋼和合金中所存在的相及其組成，不同相在不同溫度、時(shí)間、應(yīng)力作用和在某種環(huán)境里長(zhǎng)期使用條件下會(huì)發(fā)生什么樣的變化？這些相在合金中起到什么樣的作用？不同的相在不同的情況下，相結(jié)構(gòu)、成分、含量、粒度發(fā)生變化后，對(duì)材料的使用又有什么影響？這些相為什么在一定條件下會(huì)發(fā)生變化？這些變化又是怎樣進(jìn)行并向那一方面轉(zhuǎn)化的？,第五章： 物化相分析在金屬材料研究中作用,掌握了這些組

43、織及結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律后，我們可以科學(xué)的掌握和控制其轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素，使不利因素轉(zhuǎn)化為有利因素，使各種有利相為我們所用，研究和生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼和合金材料。 解決上述的一些問(wèn)題，雖然微區(qū)域X-光相分析、電鏡、金相等研究手段能起很大作用，但是直到目前為止，采用電化學(xué)相分析和X-光結(jié)構(gòu)相分析的物理化學(xué)相分析的手段進(jìn)行鋼和合金的組織結(jié)構(gòu)的定性定量分析，仍然是重要的手段。,第五章： 物化相分析在金屬材料研究中作用,隨著我國(guó)鋼和合金材料的不斷發(fā)展，物理化學(xué)相分析這門(mén)科學(xué)技術(shù)將大有用武之地，為了更好地了解物理化學(xué)相分析在鋼和合金的研究、生產(chǎn)和使用中的作用，我們僅舉幾例分別加以介紹。,第五章： 在金屬材料研究中作用

44、 1-改進(jìn)或確定合金的成分,例1 某種不銹鋼鎳含量的確定 Cr25Ni25Si2V2奧氏體不銹鋼具有良好的抗應(yīng)力腐蝕性能，但其金相組織有較多的第二相，在850受熱后析出更嚴(yán)重，經(jīng)電解殘?jiān)黊-射線(xiàn)衍射分析出：、（缺碳M6C）、M23C6、NbC等相， 提高鎳含量能有效的減少相生成，但同時(shí)會(huì)增大碳在奧氏體中的活度，當(dāng)合金在高溫或中高溫受熱時(shí)更易析出M23C6、NbC相。,第五章： 在金屬材料研究中作用 1-改進(jìn)或確定合金的成分,為此在弄清各相析出量隨溫度變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，查明鎳含量對(duì)各相量的影響，選擇合適的鎳含量減少不利相（相）的量，必須進(jìn)行定量相分析， 我們改變合金鎳含量從25%到40%，每種成

45、分經(jīng)110030min固溶水冷后，于550到850各種敏化溫度加熱15h，制成試樣，經(jīng)相分析其結(jié)果如圖3所示。,NbC M23C6 M6C 850C 時(shí) ,第五章： 在金屬材料研究中作用 1-改進(jìn)或確定合金的成分,從圖3可以看出： 550850范圍內(nèi)、相的最高析出溫度為850， M23C6為700，NbC則隨著溫度升高而下降。 合金中鎳含量對(duì)相的抑制作用如圖3（e）所示，選擇鎳含量為35為宜，它在850受熱15h比含25鎳合金的相的量小10倍以上，此時(shí)M23C6的最高析出量也有所下降，M6C最大析出量（850）并無(wú)變化。 合金中鎳的含量 以 35% 為宜。,第五章： 在金屬材料研究中作用 2

46、-合金組織及組織穩(wěn)定性的研究,例1 對(duì)GH131鐵基板材合金的研制 對(duì)GH131鐵基板材合金的研制中，測(cè)定”時(shí)效溫度“和時(shí)間對(duì)析出相的影響，結(jié)果如圖。 表明：合金中存在四個(gè)相,Laves、Z、M6C、NbC。隨時(shí)效溫度增高Laves相變化顯著，Z、M6C、NbC相均與固溶狀態(tài)試樣差別不大。 并表明：合金在800200h時(shí)效后，析出相的種類(lèi)和數(shù)量才穩(wěn)定。由于該合金在工作溫度下必定析出Laves相。Laves的形成對(duì)合金室溫塑性影響較大。 : 室溫拉伸最低者正是Laves相最多時(shí)，Laves析出使室溫塑性降低給部件修理帶來(lái)困難，但是Laves相對(duì)高溫塑性卻有利。,第五章： 在金屬材料研究中作用 2

47、 -合金組織及組織穩(wěn)定性的研究,第五章： 在金屬材料研究中作用 2 -合金組織及組織穩(wěn)定性的研究, 根據(jù)圖6 (a)，相的溶解析出規(guī)律表明：可以采取重新固溶的方法使Laves相固溶基體。如表1所示：再次固溶處理可使5()值從15.3回復(fù)到38.5，借此可以克服室溫修理加工中材料變形等麻煩。,第五章：在金屬材料研究中作用 3-確定合金的熱處理制度,例1 GH907合金冷卻工藝試樣中析出相的變化規(guī)律 GH907合金的的熱處理工藝見(jiàn)表，析出相的變化規(guī)律如圖圖 GH907合金在不同冷卻工藝下試樣中的析出相的變化規(guī)律 從圖8(a)、(b)中可以看出： 以空冷最高，,AB2相均以水冷最高，MC相基本不變（

48、約占合金含量0.0830.093左右）該合金選擇的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度有兩種范圍： 10401h 空冷80016h（55/h）到6208h空冷 9801h 空冷77512h（55/h）到6208h空冷 采用1040與9801h空冷的制度，經(jīng)上述處理之后的GH907合金都具有較好的綜合力學(xué)性能，是因?yàn)槌浞职l(fā)揮了和的強(qiáng)化作用，其中有利持久性能的提高。,第五章：在金屬材料研究中作用 3-確定合金的熱處理制度, 相 + 和 AB2( Laves) 相 圖8 GH907合金在不同冷卻工藝下試樣中的析出相的變化規(guī)律,第五章：在金屬材料研究中作用 4-了解合金元素作用及合金強(qiáng)化機(jī)理,研究鈮對(duì)GH151合金的強(qiáng)化作

49、用 GH151合金為Ni-Cr-Co基高溫合金，并含大量W、Mo、Al、Nb等元素， Nb含量對(duì)合金高溫持久性能的影響如圖10。由圖10可見(jiàn)：隨合金加入Nb量增多，顯著提高了合金的高溫持久強(qiáng)度。 通過(guò)相分析指出：合金在熱處理狀態(tài)下，析出相為、MC、M6C、M23C6等相。鈮是通過(guò)還是NbC或通過(guò)固溶體來(lái)強(qiáng)化的呢？這就需要研究Nb在各相中如何分布。這是一般化學(xué)元素分析結(jié)果不能解決的問(wèn)題，必須用物理化學(xué)相分析方法將各相定量提取并一一分離，定量測(cè)定各相中各組成元素的量，由此計(jì)算出合金元素在各相之間的分布（wt），其結(jié)果見(jiàn)表11。,第五章：在金屬材料研究中作用 4-了解合金元素作用及合金強(qiáng)化機(jī)理,表1

50、1 GH151合金中合金元素在各相之間的分布 ,第五章：在金屬材料研究中作用 4-了解合金元素作用及合金強(qiáng)化機(jī)理,3,第五章：在金屬材料研究中作用 4-了解合金元素作用及合金強(qiáng)化機(jī)理, 表11（1）說(shuō)明Nb主要分布在和NbC中，而固溶體中只有很少一點(diǎn)（00.2）。因此可以確定Nb不是通過(guò)強(qiáng)化基體來(lái)提高高溫強(qiáng)度的，那究竟是通過(guò)還是NbC來(lái)強(qiáng)化合金呢？ 為此（2）的相分析結(jié)果，改變Nb含量02.13，把碳降到極低程度，企圖消除NbC，以觀(guān)察Nb在相及固溶體中的分布和性能的關(guān)系，在碳極低的情況下，合金中NbC很少，0.15，固溶體中Nb波動(dòng)也很小00.26之間，而中Nb隨合金中Nb量增加而明顯增加，

51、 相量增多，相中Nb的濃度增加（02.84），但合金持久性能也隨相中Nb的濃度增加到2.5而達(dá)到最高值。再提高中Nb的濃度，持久壽命反而下降，這說(shuō)明了兩個(gè)問(wèn)題：,第五章：在金屬材料研究中作用 4-了解合金元素作用及合金強(qiáng)化機(jī)理, Nb主要是通過(guò)相來(lái)強(qiáng)化合金； Nb在相中的濃度為2.5時(shí)該合金的持久強(qiáng)度最高。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證NbC對(duì)合金性能的影響， 表11（3）說(shuō)明：合金中碳增加0.050.17，NbC中Nb的含量由0.251.39，而合金850時(shí)持久性能保持在相近的水平，不隨NbC數(shù)量變化而變化。 由此可見(jiàn)，如果不進(jìn)行定量相分析就不能很好的說(shuō)明上述問(wèn)題，也就不能準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)出該合金地成分。,第五

52、章：在金屬材料研究中作用 5-合理選擇加工工藝參數(shù), 一般正常的熱加工方法所選擇的熱加工溫度應(yīng)高于一次相的溶解溫度（強(qiáng)化相溶解）、低于晶界過(guò)燒和共晶熔化的溫度， 即在合金塑性最好溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行熱加工，因此這比正常熱加工方法的加熱溫度要求高些，時(shí)間也要長(zhǎng)些，還有嚴(yán)格控制不能過(guò)高。 如航空渦輪盤(pán)、壓氣機(jī)盤(pán)要求材料有較高的屈服強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度。通過(guò)熱處理調(diào)整或壓力加工工藝參數(shù)的控制都可以細(xì)化晶粒并提高這些性能。目前我們利用溫度加工工藝（也稱(chēng)為細(xì)晶熱機(jī)械處理），是采用合金中的第二相控制晶粒長(zhǎng)大以細(xì)化晶粒的加工方法。,第五章：在金屬材料研究中作用 5-合理選擇加工工藝參數(shù),例如GH169合金主要依靠和強(qiáng)

53、化，相是一種亞穩(wěn)定相，容易過(guò)時(shí)效，當(dāng)時(shí)效溫度超過(guò)700以上就要轉(zhuǎn)化為Ni3Nb，此相呈薄片狀，使合金強(qiáng)度降低。 如果利用特殊的加工方法在Ni3Nb相大量析出的溫度下進(jìn)行變形加工，破碎相，可得到很細(xì)的晶粒，使有害相變?yōu)橛欣?，從而提高合金的某些性能。這里就需要利用物理化學(xué)相分析的方法，首先找出Ni3Nb相的析出溫度范圍以及析出峰的溫度來(lái)制定正確的溫加工工藝。,第五章：在金屬材料研究中作用 6-失效分析,例熱電廠(chǎng)的耐熱鋼主蒸汽管及其它高溫合金部件，在高溫高壓下長(zhǎng)期運(yùn)行，其熱強(qiáng)性能逐漸下降，甚至發(fā)生爆管或斷裂的嚴(yán)重事故。 經(jīng)物理化學(xué)相分析證明：耐熱鋼性能下降與鋼中合金元素在不同類(lèi)型碳化合物中的含量變化有關(guān)。準(zhǔn)確可靠地測(cè)定合金元素在不同類(lèi)型碳化物相中的含量已成為搞好熱電廠(chǎng)高溫金屬材料監(jiān)督工作的重要測(cè)試手段。在西安熱工藝所帶領(lǐng)下，組織電力系統(tǒng)幾個(gè)大區(qū)電力試驗(yàn)研究所，制定了統(tǒng)一的“珠光體耐熱鋼碳化物二次相分離及相中元素定量分析方法”。 如對(duì)1955年8月投入運(yùn)行后的主蒸汽管道監(jiān)督段先后進(jìn)行五次割管取樣，進(jìn)行定量相分析，材料的化學(xué)成分見(jiàn)表12，表13 列出了試驗(yàn)管段的碳化物相分析數(shù)據(jù)，以及主蒸汽管道切割段的密度測(cè)定數(shù)據(jù)。 從表13可以看出，1號(hào)爐主蒸汽管道