论文部分内容阅读
本文研究了在室温下,Ni3Fe合金在真空和氢气中拉伸时,合金中的硼含量(0~0.07wt.%)对有序态Ni3Fe合金力学性能的影响,测定了氢在不同硼含量Ni3Fe合金中的扩散系数。
研究结果表明,随着Ni-24at%Fe合金中硼含量的增加,合金的晶粒尺寸随之细化,材料的强韧性也随之提高;在真空中拉伸时,Ni3Fe合金的延伸率随硼含量的增加而增加。加硼后Ni-24at%Fe合金在氢气环境中的氢脆程度得到明显改善,合金的延伸率随之增加。当合金中的硼含量增至0.07wt.%时,合金的氢脆因子降至1.2%,与无硼的合金相比,合金的氢脆因子的下降幅度达到98.5%,几乎完全抑制了有序态Ni3Fe合金中由氢气诱发的环境脆性。在氢气环境中拉伸,添加0.01wt.%和0.02wt.%硼的合金断口形貌分别由无硼时的完全沿晶脆性断口依次转变为沿晶-韧性混合断口和完全韧性断口,当硼含量继续增加时,合金断口形貌无明显变化。合金的断口形貌变化表明:在NiaFe合金中添加硼提高了合金的晶界强度。
Ni-26at.%Fe合金进行预渗氢后,在真空中拉伸时的性能变化表明,在相同渗氢温度下,无序态Ni3Fe合金的延伸率低于相同成分的有序态合金。断口形貌表现为:无序态合金的沿晶断裂区深度比有序态合金的沿晶断裂区深度大,由沿晶断裂区深度计算得到氢在无序态Ni3Fe合金中的扩散系数大于在有序态合金中的扩散系数,说明氢在无序态NiaFe合金的扩散比在有序态合金中扩散更容易;在相同渗氢条件下,进入无序态Ni3Fe合金中氢的量高于进入有序态合金中氢的量;氢在无序态和有序态Ni-26at.%Fe合金中的扩散激活能分别为:43.45 kJ/tool、30.37 kJ/mol。对有序态和无序态Ni-26at.%Fe合金的晶格常数的测定表明,有序态Ni3Fe合金晶格常数小于无序态,表明Ni3Fe合金的有序化过程改变了合金的晶胞参数,这可能是两种合金中氢扩散系数有所区别的原因之一。
研究结果表明:氢在有序态Ni-24at.%Fe合金中的扩散系数随硼含量的增加而降低,此结果说明硼可以降低氢沿Ni3Fe合金晶界的扩散系数,硼含量为0、0.005wt.%的有序态Ni-24at.%Fe合金中,氢扩散激活能基本相同,平均值为20.86kJ/mol,硼含量为0.01、0.02、0.04wt.%的合金中的平均氢扩散激活能为29.51kJ/mol。有序态Ni3Fe合金中的硼含量超过0.02wt.%后,氢在合金中的扩散机制发生了改变。以上实验结果说明:硼提高了有序态Ni3Fe合金在氢气环境中的塑性,降低了合金的氢脆因子,抑制了Ni3Fe合金在氢气环境中的脆化。这是由于硼进入Ni3Fe合金后主要偏聚在合金的晶界上,一方面硼提高了合金的晶界强度,另一方面硼与氢原子在晶界处竞争占位,降低了氢沿晶界的扩散系数,从而有效抑制了有序态Ni3Fe合金在氢气环境中的脆化。硼在Ni3Fe合金中抑制由氢气诱发的环境氢脆的机理与硼在Ni3Al合金中抑制由水汽诱发的环境氢脆的机理相同。