D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1987.03.026 北京钢铁学院学报 J.Beijing Uniy,of Iron &Steel Technol. Vol.9No.31987 铁一铬一锰奥氏体合金辐照诱起相界 面合金元素偏析 胡本芙 高桥平七郎 竹山太郎 (北京钢铁学院) (日本北海道大学) 摘 要 研究了含有W.V的Fc-Cr-Mn奥氏体合金，经电子线辐照后析出相一基体相界面诱起 溶质原子偏析行为。实验结果表明：合金中析出相为高C:的M,C6型碳化物。晶内析出相 经箱照相界面处Cr的浓度增加，M的浓度降低，而晶界上和晶界近傍析出相的相界面Cr 的浓度降低。合金元素C浓度的不同变化是与辐照诱起晶界偏析机构改变有关。 本文对此现象，应用辐照诱起晶界偏析理论，提出两种偏析机构的模型，较好的解 释上述实验结果。 关键词：辐照.晶界偏析、辐照损伤，扩散 Radiation-Induced Segregation at Precipitate-Matrix Interface in Fe-Cr-Mn Austenitic Alloy Hu Benfu Takahashi H, Takeyama T. Abstract The radiation-induced segregation at precipitate-matrix interface in Fe-Cr-Mn austenitic alloy containing W and V was investigated by electron irradiation.The results show that the precipitates are identified as MasCe type chromium-carbides.Cr,W and V are enriched,but Mn and Ni tend to be depleted at precipitate-matrix interface within grain.The morphology of precipitates occurred to change at and near the grain bou- 1986-11-12收稿 36
北 京 钢 铁 学 院 学 报 铁一铬一锰奥氏体合金辐照诱起相界 ‘ 面合金元素偏析 胡本芙 高桥平七 郎 竹山太 郎 北京钢铁学院 旧 本北海道大学 摘 要 研究了含有 一 的 。 一 卜 奥氏体合金 ， 经电子线辐照后析出相一基体相界面诱起 溶质原子偏析行为 实验结果表明 合金中析出相 为富 的 。 型碳化物 晶内析出 相 经辐照相界面处 的浓度增 加 ， 的浓度降低 而晶界上和 晶界近傍析出相的相界面 的浓度降低 。 合金元素 浓度的不同变化是与辐照诱起晶界偏析机构改变有关 。 本文对此现象 ， 应用辐照诱起晶界偏析理论 ， 提出两 种偏 析机构的模型 ， 较好的解 释上述实验结果 关键词 辐照 晶界偏析 辐照损伤 ， 扩散 一 一 一 一 口” 掩 吞 阴 一 一 一 一 。 一 ， ， 一 一 一 收稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．03．026
boundaries,while Cr is depleted at precipitate-matrix interface. The change of solute atom segregation behavior is directly related to segregation mechanisms.Two kinds of segregation phenomena of Cr concen- tration may be explained by the theory of radiation-induced segregation. Key words:radiation,irradiation,segregation,austenitic alloy, grain boundary,precipitation,carbide. 前 言 辐照诱起晶界溶质原子偏析，实质上是辐照损伤破坏问题，因此，研究辐照诱起晶 界合金元素偏析行为具有实际意义。 研究辐照引起钢中合金元素偏析，过去十年主要集中在诱起品界偏析问题上〔1~3)。最 近才开始研究和测定孔洞周围辐照诱起合金元素偏析现象〔4)，对合金中析出相一基体 间的相界面诱起溶质原子偏聚行为研究刚刚被人们注意。Goldsfeint研究了Fe-14%Ni 合金在773K温度长期退火获得a+r两相层状组织，并测定a/r相界面处Ni浓度分布5)。 Rao和Lifshin对经敏化处理后奥氏体不锈钢中富Cr碳化物近傍Fe、Ni、Cr浓度分布进 行测定，Fe、Ni减少而Cr浓度增加6)。 本文研究了包含有W、V的Fe-Cr-Mn合金中多元合金碳化物一基体相界面溶质原 子的偏析行为。 1·实验程序 (1)实验用材料 化学成分(wt%)为 Fe-15Cr-15Mn-2W-2V-0.5Ni-0.4Si-0.3N-0.3C 合金是在氩气保护下等离子熔炼成锭，冷轧成0.2一0.3mm薄板，再冲成直径3mm 圆片，抽空至4-5×106mmHg,密封在石英管中进行真空退火1h,温度为1323K。 (2)电镜用试样试样在电解液(HC1O4:CH3COOH=1:19)中进行电 解双喷减薄后，放入真空瓶中干燥备用。 (3)电子线辐照 使用1300kV超高压电镜，加速电压1000kV下进行电子辐 照。辐照中心区域为2一10μm直径（包括一条平行电子束的品界），晶粒取向〔110)， 辐照损伤速度2.1×103dpa·/s,温度723K,时间2h。辐照过程中对典型组织变化动 态观察，随时照相。 (4)福照诱起偏析测定 用H-700透射扫描电镜附设EDX分析仪进行。测定 方法是在辐照中心领域内晶界相界面处以及未辐照区逐点等距离进行化学成分测定，分 析结果和误差由计算机一并给出。 ◆dpa是displacements per lattice的缩写 37
， 一 百 。 ‘ 一 ， ， ， ， ， ， 山 山 月 舌 辐照诱 起 晶界溶质 原子偏析， 实 质上是 辐 照 损伤破坏 问题 ， 因此 ， 研究 辐照诱起 晶 界合金元素偏析行 为具 有实际 意义 。 研究辐照 引起钢 中合 金元素偏析 ， 过 去 十年主 要集 中在诱 起 晶界偏析 问题上 〔卜 ” ，。 最 近 才开始研 究和测定 孔洞 周 围辐 照诱起合 金元素偏析现象 〔 ‘ 〕 ， 对合 金 中析 出相一 基 体 间的相界面诱 起溶质 原子偏聚 行 为研究 刚 刚被 人们注意 。 研究 了 一 合 金在 温 度 长期退火 获得 十 两相层 状 组织 ， 并测定 相界面处 浓 度分 布“ 〕 。 和 对经敏化处理 后 奥 氏体不锈钢 中富 碳 化物近 傍 、 、 浓 度分 布进 行测定 ， 、 减少而 浓 度 增加 〔 〕 。 本文研究 了 包含有 、 的 一 一 合 金 中多元 合金碳 化物一基体 相 界面溶质原 子 的偏析行 为 。 实验程序 实验 用材料 化学成分 为 一 一 一 一 一 一 一 一 合 金是 在 氢气 保护下等 离子熔 炼成锭 ， 冷轧 成 一。 薄板 ， 再 冲成直径 圆 片 ， 抽空 至 一 一 “ ， 密 封在石 英管 中进行 真空退 火 ， 温 度为 。 电镜用试 样 试样在 电解液 、 中进 行 电 解双 喷减薄后 ， 放 入 真空 瓶 中干燥备用 。 电子线 辐照 使用 超高压 电镜 ， 加 速 电压 下进 行 电 子 辐 照 。 辐照 中心 区域 为 一 卜 直径 包括 一条平行 电子 束的 晶界 ， 晶粒 取 向 〔 〕 ， 辐 照 损伤速 度 一 “ ， 温 度 ， 时 间 。 辐照过程 中对典 型组 织 变 化动 态 观察 ， 随 时 照 相 。 辐 照诱 起 偏 析 测定 用 一 透射扫描 电镜附 设 分析 仪 进 行 。 测 定 方法是 在 辐照 中心领 域 内晶界相界 面 处 以 及未辐照 区逐 点等距 离进行 化学 成分测定 ， 分 析结果 和误 差 由计算机一并给 出 。 一 是 ， 的缩写
2实验结果 图1(a-f)给出辐照前后合金组织的动态观察结果。图1(a)是辐照前合金组 织，辐照中心区晶界上和晶界近傍包含有析出物，析出物周围被位错线包围，晶内未发 现其它缺陷存在。 经过0.4dpa辐照（图1(b))晶内和晶界近傍出现大量黑斑和位错环，靠近晶界 处位错环比较清晰，，尺寸较晶内大些。析出物周围位错交互作用增强，出现许多位错发 团。1.8dpa辐照后，晶界一侧位错环沿着垂直晶界方向生长（图1（c)),晶界另 侧出现大量黑斑和小尺寸的位错环。经8dpa辐照后晶界一侧位错环消失区发现尺寸很 小空洞出现，而晶界另一侧位错环增大（图1(d)),随着辐照时间增加到10dpa后 空洞长大，而且晶界另一侧位错环也消失，出现空洞，晶界析出物近傍发现空洞（图1 (e)。经15.2dpa辐照后，晶界两侧空洞明显长大成方形，远离晶界地方又出现新的细 小空洞（图1(f))。 100n1 图1辐照前后合金组织的变化 a)o dpa b)0.3 dpe c)1.8 dpa d)8 dpa e)10 dpa f)15.2dpa Fig.1 Microstruclures ef alloy before and after irradiation 38
实验结果 图 一 给 出辐 照前后合金组织 的动 态观察结果 。 图 是 辐照前合 金 组 织 ， 辐照 中心 区 晶界上和 晶界近 傍包含有析 出物 ， 析 出物周 围被位错线包 围 ， 晶内未发 现其它 缺陷存在 。 经过 辐照 图 晶内和 晶界近 傍 出现大量 黑斑 和位错环 ， 靠近 晶界 处位错环比较清晰 ， ， 尺寸 较晶内大些 。 析 出物周 围位错 交互作用增强 ， 出现许多位错发 团 。 辐照后 ， 晶界一 侧 位错环沿着 垂直 晶界方 向生长 图 ， 晶界另 一 侧 出现大量 黑斑 和小尺寸 的位错 环 。 经 辐 照后 晶界 一侧位错环消 失区发现尺寸 很 小空洞 出现 ， 而 晶界另一侧位错环增大 图 ， 随着辐照 时 间增加 到 后 空洞长大 ， 而且 晶界另 一侧位错环也消 失 ， 出现空洞 ， 晶界析 出物近傍发现空洞 图 。 经 辐照后 ， 晶界两 侧空洞 明显 长大成方形 ，远 离 晶界地方又 出现新的细 小空洞 图 。 图 辐照前后合金组织的变化 一 卜 弓
图2分别给出空洞密度、空洞尺寸、 空洞体胀量与辐照损伤程度之间关系。实 2215 80 验结果表明：空洞尺寸、密度和空洞体胀 60 量随着辐照时间增加变化并不明显，只是 723K 在辐照大于10dpa时，空洞尺寸和体胀量才 10 有所增加，这表明合金具有良好的抗空洞 723K 体胀能力。 0.2 镉照中心区域和品内析出物经鉴定主 要为富Cr的M2sCc型碳化物。图8给出 0.1 723K 祈出物形貌和电子衍射图形。奥氏体合金 10 15 中M:C6碳化物与基体有一定取向关系 Dose,dpa (4),晶内碳化物随辐照量赠加取向关系没 图2 空而平均尺寸.密度。体胀量和辐射 有变化。晶界上和品界近傍的碳化物形貌 损伤量的关系 有明显变化，共格取向关系也发生改变， Fig.2 Void sizes,void number density and 周围有空洞产生（比较图1(e)和(f))。 Void awelling as a function of irradia. 合金元茶在根界面的偏析测定首先选 tion dose in ailoy at 723K 取晶内域距离品界较远远（距离晶界大于2000m)的相界面进行浓度分布，其结果示 于图4(a)和(b)。 由图：给钻果表明：经镉照后相界面Cr、M浓度分曲线与辐照前是相同的，均 是Cr浓度增洲。系1n浓斑减少。析出相内Cr、Mn浓度未发生变化。 如果逃取品是上距离品界较近区（小于1000nm)相界面进行Cr、Mn元素浓度 分布曲线测定，其结果如图5所示。 图3合金中析出物形貌及电子衍射图像(10dpa) Fig.3 Precipitate atructure in alloy irradiated to 10 dpa at 723K 39
试﹃。的卜 一 产 产一一一一 ，， 八‘，工 “。扔已‘ 一卫公名口的。日二 目它伪次甘旨 图 分别给 出空洞 密度 、 空洞 尺寸 、 空 洞 体 胀量 与 辐 照 损伤程 度之 间关 系 。 实 验 结果 表 明 空洞 尺寸 、 密度 和空洞 体胀 量 随着辐 照 时 间增加 变化并不 明显 ， 只 是 在 辐照 大 于 时 ， 空洞 尺寸 和体 胀量 才 有所 增加 ， 这 表 明合 金具 有 良好的抗空 洞 体 胀能 力 。 辐照 中心 区域 和 晶内析 出物经鉴定 主 要 为富 的 。 型碳 化物 。 图 给 出 析 出物形 貌 和 电子衍射 图形 。 奥 氏体合 金 中 。 碳 化物与基体 有一定 取 向 关 系 〕 ， 晶 内碳 化物 随辐 照量 增加 取 向 关 系没 有变化 。 品界 上 和 涅界近傍的碳 化物形 貌 有明显 变化 ， 共格取 向关系 一 也发生 改 变 ， 周 围有空洞 产生 比 较 图 和 。 一尹产 ” 化 截 ，叫卜，呀七尸甲兀丫 … … 。 … 今 一 图 空洞平均尺寸 密度 体胀量和辐射 ， 日 损 伤量的关乏系 合 金元 素在 相界 取 晶内或距 离 射界 较 于 图 落 和 由 熟 珍 给 出结果 面 的 偏 析测定首先 选 笼攀 距 离 晶界 大于 真 】 ， 的相界 面进 行浓 度分 布 ， 其结果 示 扎明 经 辐照 后相 界面 、 人互 浓 度分 布 曲线与 辐 照前是 相 同的 ，均 是 浓 度 增加 二 浓 应 减少 。 析 出相 内 、 浓 度 未发 生 变化 。 如果 选取 藻异 上和距 离 拍界 较近 区 小于 二 相界面进行 、 元素 浓 度 分 布 曲线测定 ， 其结果如 图 所示 。 图 合金 中析出物形貌及 电子衍射图像 “ 主
24 8流 oCr 1m .Mn 50 22.20 00 6 1432 12 1 1000 1000 3000 1000 1000 p Distance,nm Distance,nm 图4 晶内相界面合金元素Cr,M"浓度变化曲线 a)辐照前 b)辐照后(15.2dpa) Fig.4 Concentration profile of solutes Cr and Mn near a interface within grain in alloy irradiated to 15.2 dpa at 723K 20 0 Cro 15 Mn 10 2 V-4 Ni-o 中4 1000 G 1000P Distance from G.B.,nm 图5辐照后晶界和近旁相界而Cr,Mn等元素浓度分布曲线 Fig.5 Concentration profile of solutes Cr,Mn near a grain boundary and a interface in alloy irraida- ted to 15.2dpa at 723K 分析图5中Cr、Mn浓度分布曲线可知，晶界处Cr、Mn浓度均降低，这与文 献(1.2)测定结果是一致的。可是相界面(P·P)处C浓度的减小是与晶内相界面测定 结果相反而M浓度仍然保持减少倾向。值得注意的是，在析出相和晶界之间合金基体 部份Cr、Mn浓度变化在大约距晶界400nm处出现高峰值。据文献〔4)报导辐照诱起晶 界偏析浓度波动变化最明显区城是晶界两侧约400-1000nm范围，在此区域内空位和间 隙原子浓度变化最为显著。 3 结果讨论 (1)空洞的形成和析出相的稳定性 40
一 。。 ， 例 … 尸叼脚 口 日一 冰尸多 司切 透八门勺口 二‘ 一一尸仍﹄。尸。 月 乙︸ 一侧 山，且 厂 求一祠州妇一的钊多招﹄。 ， 图 晶 内相界面合金元素 辐 照前 浓度变化 曲线 辐 照后 一 、 从‘ 份 ‘吸万 ，几 ﹃﹄ ‘ 一 丁 、 ‘ 一之 心一 聋 承一口宫仍﹄‘ 二们︹。口 生 · ， 动川尸 图 辐 照后 晶界和近旁相界面 等元素浓度分布曲线 ， 一 一 分 析图 中 、 浓 度分布 曲线 可知 ， 晶界处 、 浓 度 均 降 低 ， 这 与 文 献 〔 〕测定结果是 一 致 的 。 可是 相界面 · 处 浓 度 的减小是 与 晶内相界面 测 定 结果 相反 而 浓 度仍 然 保持减少倾 向 。 值得注意 的是 ， 在 析 出相 和 晶界之 间合 金 基 体 部份 、 浓 度 变化在 大约 距 、 晶界 处 出现 高峰值 。 据文 献 〔 〕 报导辐照 诱 起 晶 界 偏析浓 度波 动 变化 最 明显 区域是 晶界 两 侧约 范 围 ， 在 此 区域 内空位和 间 隙 原子浓 度 变化 最 为显著 。 结果讨论 空洞 的形成 和析 出相 的稳定 性
辐照初期合金中出现的黑斑被认为是空位集合体，它实质是空位型层错四面体 (SFT)〔4)。随着辐照时间延长，晶界一侧黑斑逐渐消失或变小，在层错四面体近傍 出现空位型位错环，它沿着与晶界垂直方向优先长大，可以从10nm长到200nm,但增 大到一定尺寸后开始缩小或消失。层错四面体周围存在较大应力场，优先吸收空位，使位 错环合并出现空洞。空洞出现是位错环消失的结果。显然，空洞出现滩易程度与空位扩 散有关系。 合金中由于加入W、V,减少了空位扩散系数，一方面使空洞形核发生困难，另一方面 也抑制空洞继续长大。从图2中合金空洞平均尺寸，空洞密度，空洞体胀量随着辐照损 伤量增加变化不大就可以得到证明。 关于辐照下析出相的稳定性L.E.Rehn在Ni-12.7Si%合金中观察得知7)含有第二 相合金辐照引起溶质原子偏聚可导致相形态和空洞分布的变化。因为辐照产生的空位和 间隙原子易向尾闾富集，造成晶界合金元素浓度超过其溶解度，产生析出相。另一些溶 质原子远离尾闾造成晶界合金元素浓度降低，甚至降低到极限溶解度以下，促使析出相 发生溶解或尺寸减小。这两方面结果均可以使析出相位置，形态发生变化。如Bragen 和Garner证明8)高辐照剂量下富NiSi的M2aC6碳化物与基体不是标准的共格取向关 系。实验结果指出：（图1()和(f))在晶界上或晶界近傍碳化物位置和形态均有 变化，相界面C浓度明显降低。这表明析出相是不稳定的。随着辐照时间增加，而晶 内析出相形态变化不明显（见图3），而且辐照前后溶质原子偏析倾向是相同的。这表 明晶内M23C6相与基体保持良好共格取向关系。晶内和晶界上析出相这种差异是与晶内 相界面位错偏向性比晶界较弱有关(9)。 (2)辐照诱起相界面合金元素偏析 辐照诱起晶界合金元素偏析有两种类型：大尺寸溶质原子在晶界减少；小尺寸溶质 原子在晶界增加。这两种不同偏析类型的出现主要取决于点缺陷（空位或间隙原子）与 溶质原子之间相互作用方式的不同。一般小尺寸溶质原子与空位或间隙原子形成哑铃型 间隙原子复合体可拖曳溶质原子至晶界造成富集；大尺寸溶质原子与空位进行置换式交 换，其移动方向与空位向尾闾移动方向相反，造成晶界溶质原子贫化2.3)。 按溶质原子尺寸效应来说，Cr、Mn在Fe基合金中是大尺寸原子在尾闾应是贫化，可 是，实验结果表明，晶内相界面处Cr浓度增加（图4）。晶界近傍的相界面Cr浓度降低 (图5)，显然可知，合金元素C在相同辐照条件下出现不同偏析类型。为了解释这 一现象可根据Wiedersich在二元合金中建立的成分浓度梯度(VCa)和空位浓度梯度 (VCv)系式得到解释10) C,=a0D9DPDD）(B-D-)c DDA 式中DD:分别代表组元A、B以间隙原子形式扩散的局部扩散系数 D、D':代表组元A、B辐照后促进扩散的扩散系数 a:热力学因子。 根据方程可以推测晶界处偏析类型
辐照初期合金 中出现 的黑斑被认为是空位集合体 ， 它实质是空 位 型 层 错 四 面 体 〔 。 随着辐照时间延长 ， 晶界一 侧黑斑逐渐消失或 变小 ， 在 层错四面体 近 傍 出现空位型位错环 ， 它沿着与 晶界垂直方 向优先长大 ， 可 以从 长到 ， 但 增 大到 一定 尺寸 后开始缩小或消 失 。 层错四面体周 围存在较大应 力场 ， 优先 吸收空位 ， 使位 错环合并 出现空洞 。 空洞 出现是 位错环消 失 的结果 。 显 然 ， 空洞 出现难易程 度与空位扩 散有 关 系 。 合 金 中由于加入 、 ， 减少 了空位扩散系数 ， 一 方面 使空洞形 核发生 困难 ， 另一 方面 也抑制 空洞继续 长大 。 从 图 中合 金空洞 平 均尺寸 ， 空洞 密度 ， 空洞 体胀量 随着辐 照 损 伤量 增加 变化不 大就可 以 得到证 明 。 关于辐 照下析 出相 的稳定性 ， 在 一 合 金 中观察得知 巾含有第二 相 合金辐照 引起溶质原子偏聚可导致相形 态和 空洞分 布的 变化 。 因为辐照产生 的空位和 间隙原子 易向尾 间富集 ， 造成 晶界合 金元素浓 度超过 其溶解度 ， 产生析出相 。 另 一些溶 质原子远 离尾 ’ 造成 晶界合 金元素浓 度降低 ， 甚至 降低到 极限溶解度 以下 ， 促 使析出相 发生溶解或尺寸 减小 。 这 两方面结果 均可 以 使析 出相 位置 ， 形 态发生 变 化 。 如 “ 和 证 明〔 ” 〕高辐照 剂量 下富 的 。 碳 化物与基体不是 标准 的 共 格 取 向关 系 。 实验结果 指 出 图 和 在 晶界上或 晶界近 傍碳 化物位置 和形 态均有 变化 ， 相 界面 浓 度 明显降低 。 这 表 明析 出相是 不 稳定 的 。 随着辐照 时 间增加 ， 而 晶 内析 出相形 态 变化不 明显 见 图 ， 而 且辐 照前后溶质原子偏析倾 向是 相 同的 。 这表 明 晶内 。 相与基体保持 良好 共格取 向关 系 。 晶内和 晶界 上析 出相这 种 差异是 与 晶内 相界面位错 偏 向性 比 晶界 较弱 有关 〔 〕 。 辐照 诱起相界面合金 元素 偏析 辐照诱 起 晶界合 金元素偏析有两 种 类型 大尺寸 溶质原子在 晶界减少 小尺寸溶质 原子在 晶界增加 。 这 两 种不 同偏 析类型 的 出现主 要取 决 于 点缺 陷 空位或 间隙原 子 与 溶质 原子之 间相 互作 用 方式的不 同 。 一般小尺寸 溶 质原子与空位或 间隙原子形 成哑铃型 间隙原子复合 体可拖 曳溶质原子至 晶界造成富集 大 尺 寸溶 质 原 子与 空 位进行置 换式交 换 ， 其移动 方 向与 空位 向尾 阁移动 方 向相 反 ， 造 成 晶界溶 质原子贫化〔 “ · 〕 。 按溶质 原子尺寸 效应 来说 ， 、 在 基合 金 中是 大 尺寸 原子在尾 间应是 贫化 ， 可 是 ， 实验结果表 明 ， 晶内相界面处 浓度 增加 图 。 晶界近 傍 的相界面 浓 度降低 图 ， 显然可知 ， 合 金元素 在 相 同辐照 条件下 出现不 同偏析类型 。 为 了解释这 一现象可根据 在二元合金 中 建 立 的成分浓 度 梯度 和空 位浓 度梯度 、 关 系式 · 得到 解释 〔 〕 罕 全 梦 丈” 全 孟“ 了一竺红 尧 一 暮 尹 七 式 中 全 分 别代 表组元 、 以 间隙原子形式扩散 的局 部扩 散系数 支 ’ ‘ 、 犷 ’ 代 表组元 、 辐 照后促进扩 散 的扩散 系数 热 力 学 因子 。 根据方程可 以推测 晶界处偏析类型
当 路>D路时 即，组元通过空位机构扩散(DX)比通过间隙机构扩散快，结果尾闾处发生A组 元贫化。 当 B路<B路时 即，组元A通过间隙机构扩散，尾闾处优先发生A组元富化。 由此可知，同一组元可以在不同条件下改变其偏析类型，造成晶界贫化和富化两种 截然不同结果。 根据上述观点，合金中Cr的偏析行为可以认为，晶内相界C浓度增加的原因主要 是通过Cr-C间隙复合体与空位作用一起流向相界面（相当尾闾）造成晶界富化，（同样 结果在Fe-15%Cr合金中已有实验证明11))，而邻近晶界的相界面Cr浓度减少，可能 是发生Cr和空位之间相互作用引起反Krikend1I效应导致的。因为在高温辐照下使原来 具有共格析出的碳化物相界面共格状态破坏，像大角度晶界一样产生高浓度的空位梯度 反Krikendall效应起控制作用，使相界面以空位交换机构进行溶质原子输送，造成相 界面Cr浓度降低。 从图6相界面一晶界之间合金基体出现C浓度高蜂值也表明空位交换机构进行溶 质原子传递，两方向Cr原子都向与空位移动相反方向扩散，必然在中间合金基体处Cr浓 √度出现峰值。 具体偏析机构可以用以下模型加以描绘，如图6所示。 I+Cr CCr. Cr G B 图6品界.相界面Cr原子扩散模型 )共格相界面Cr十C复合体扩散模型b)品界.相界面空位交换模型 Fig.6 Diffusion model of solute atom Cr at grain boundary and interface 4结 论 (1)辐照合金中，晶内共格析出相界面不是优先形成空洞场所，靠近晶界相界面 42
时 一 ︸ 。 少 一 当 即 ， 组元通过空位机构扩散 比通过 间隙机构扩散快 ， 结果尾 阁处发 生 组 元 贫化 。 当 ， 一二兰』‘ 一 了 二匕立一一 一 ， 、 、 曰 叶即‘ 日 即 ， 组元 通过 间隙机构扩散 ， 尾 间处优先发生 组元富化 。 由此 可知 ， 同一组元可 以在不 同条件下 改变其偏析类型 ， 造成晶界贫化和富化两种 截然不 同结果 。 根据上述观点 ， 合 金 中 的偏析行 为可 以认 为 ， 晶内相界 浓 度 增加 的原 因 主 要 是 通过 卜 间隙复合体与空位作用 一起流 向相界面 相 当尾 间 造成 晶界富化 ， 同样 结果在 一 合 金 中已有实验证 明〔 〕 ， 而邻近 晶界的相界面 浓 度减少 ， 可 能 是 发生 和空位之间相互作用 引起反 效应导致的 。 因为在高温辐 照下 使原来 具有共格析出的碳化物相界面共格状 态破坏 ， 像大角度 晶界一样产生 高浓 度的空位梯度 反 效应起控制 作用 ， 使相界面 以空位交换机构进 行 溶质原子输送 ， 造 成 相 界面 浓 度降低 。 从 图 相 界面一 晶界之 间合 金 基体 出现 浓度高峰值也表 明空位交换机构进 行 溶 质原子传递 ， 两 方 向 原子都 向与 空位移动 相 反 方 向扩散 ， 必 然在 中间合 金 基体处 浓 度 出现峰值 。 具体偏析机构 可 以 用 以 下模型 加 以描绘 ， 如 图 所 示 。 图 晶界 相界面 原子扩散模型 “ 共格相界面 复合体扩散模型 搜一 晶界 相界面空位交换模型 结 论 辐 照 合 金 中 ， 晶内共格析 出相界 面不是 优先形成空 洞 场所 ， 靠近 晶界相界面 唾
优先形成空洞。福照后析出相形态发生变化。 (2)合金元素C「在相界面可以富化或贫化，这是由于辐照诱起偏析机构的改变 影响近傍相界面合金元素偏析行为。 感谢 木文是在日本北海道大学工学部金属物理部门超高压电镜室完成的，大贯黎明，木下博嗣，佐藤义一，望月进等 先生给予热惜帮助，在此裘示诚挚谢意。 参考文献 (1 Okamoto,P.R.,Wiedersiah,H.J.Nucl.Mater.53(1974),242 (2 Rehn,L.E.,Okamoto,P.R.J.Nucl.Mater.74(1978),242 C3 Piller,R.C.,Merwick,A.D.:J.Nucl.Mater.,71(1978)309 〔4〕竹山太郎：北海道大学工学部金属化学研究设施研究报告，2（1983) (5 Goldstenin,J.I,Introducton to Analytical Electron Microscopy Problem,Press,1979,121 (6 Rao,P.,Lifshin,E.:Proc.12th Annual conf.MAS,1977,118 [7 Rehn,L.E.,Okamoto,P.K.,et al:ASTM,STP,683(1979),184 (8 Brage,H.R.,Carner,F.A.J.Nucl.Mater.73(1978),9 〔9〕竹山太郎：北海道大学工学部金属化学研究设施研究报告，3(1984) (10 Weidersich,H.,Okamoto,P.R.,et al:J.Nucl.Mater.,83(1979),98 (11 Soumei Ohnuki,Heishichiro Takahashi:J Hucl.Mater.,103&104 (1981),1121 43
优先形 成空洞 。 辐照 后析 出相形 态发生 变化 。 合 金元素 在相界面 可 以 富 化或 贫化 ， 这是 由于 辐 照诱 起 偏析机构 的 改 变 影响近 傍相界面合 金元素偏析行 为 。 感 谢 木文是在 日木北海道大学工学部金属物理部门超高压 电镜室完成的 ， 大贯黎明 ， 木下 博嗣 ，佐藤义一 ，望月进等 先生给予热情帮助 ， 在此表示诚挚谢意 参 考 文 献 ， ， ， ， ， ， ， ， · ， 竹 山太 郎 北海道大学工 学部金属化学研究设 施研 究报告 ， ， 夕 ， ， 〕 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 、 ， ， ， 工护七 声产‘、厂 口 〔 〕 ， ， 〔 〕 竹 山太郎 北海道大学工学部金属化学研究设施研 究报告 ， ， ， ， ， ， ， 宜 ， ， 确 引 。 。 ， 自 月， 〔 〕 〔 〕