·1330 工程科学学报，第43卷，第10期 诱发弯曲晶界机制不仅适用于碳化物，同时也适 主要因素，并同时将N-20Cr二元合金进行高温固 用于由晶界Y相诱发弯曲晶界的情况，后文会详 溶处理，使品界富Cr,同样获得了弯曲晶界，如图7 细介绍 所示例.Latief等川在Ni-(10~30)Cr-0.1C三元合 2.2元素对弯曲晶界的作用 金中发现，Cr的不连续偏析导致晶界附近晶格畸 Hog等认为，合金会优先形成弯曲晶界，随后 变，进而诱发弯曲品界，提高Cr含量，增加晶格畸 析出碳化物，因此弯曲晶界的形成与碳化物无关， 变能，弯曲晶界的振幅增大.而在对AISI316不锈 而与晶界附近的C或Cr元素含量相关.Lee等 钢弯晶研究显示，提高碳含量或进行渗碳处理后 对Ni-20Cr二元合金的研究表明，5%的压缩变形 会出现弯曲晶界%，认为弯曲晶界可能与C元素 可以诱发弯曲晶界，其实质是因为压缩变形使晶 在晶界处的晶格扩散激活能有关2，并指出品界 界处位错密度增加，而位错促使Cr元素在晶界富 弯向低指数界面，形成低自由能的新界面，是为了 集，并认为Cr元素的晶界偏析是引发弯曲晶界的 降低系统的总自由能s,20 (a) (b) (c) Serrated grain boundar Side view 50μm 5 um 200nm 000-05d30但os-10-05〔0 00-10-100510 100 90 (g) On the serrated GB 80 GB zone 70 60 0 % Ni 10 Cr Ni Cr Ni+Cr 0 0-8-6-4-2024681012141618 10 nm 10 nm 10 nm Distance/nm 图7采用三维原子探针观察Ni-20Cr二元合金中弯曲品界处的元素分布.(a)取样位置：(b)柱状样品中的弯曲品界：(c)元素分析区域：()Ni原 子浓度分布：(e)Cr原子浓度分布：(f)Ni+Cr原子浓度分布：(g)Ni和Cr原子的浓度曲线咧 Fig.7 APT elemental distribution at the serrated grain boundary in Ni-20Cr binary alloy:(a)sampling position;(b)the serrated grain boundary in cylindrical sample;(c)elemental analyzing area;(d)concentration distribution of Ni atoms;(e)concentration distribution of Cr atoms;(f)concentration distribution of Ni+Cr atoms,(g)concentration curve of Ni and Cr atoms 2.3y'诱发弯曲晶界 M23C6.A合金中MC型碳化物起始析出温度高 2.3.1弯曲晶界与y析出特征 于Y'相，可以使晶界发生局部弯曲，但由M,C型碳 仲增墉等B对A合金(Ni-15Co-10Cr-5.5Mo- 化物引发的弯曲晶界数量较少.而B合金中M23C6 5.5W-4.2A-2.4Ti-0.05C)和B合金Ni-15Co-15Cr- 碳化物形成温度低，缓冷过程中不会析出，对弯曲 3.7Mo-4.9A1-3.9Ti-0.15C)两种成分的高Y'(体积 晶界不产生影响.谭菊芬等21对GH220合金缓冷 分数为45%~50%)镍基变形合金进行控冷实验， 弯曲晶界的研究也发现，合金缓冷时Y'相在晶界 结果发现Y相是诱发弯曲晶界的主要原因.该研 形成，引发弯曲晶界. 究显示，两种合金控冷试样的弯曲晶界上均析出 2.3.2Y'诱发弯曲晶界机制 大量粗大的块状Y相，如图8所示.研究人员同时 固溶+空冷的标准热处理工艺，冷速快且过冷 对两种合金控冷过程的晶界碳化物进行了详细观 度大，合金中一般形成弥散细小的Y'相，晶界平 察，发现A和B合金晶界碳化物分别为M,C和 直.缓冷时，固溶体过饱和度小，Y相形成的驱动诱发弯曲晶界机制不仅适用于碳化物，同时也适 用于由晶界 γ′相诱发弯曲晶界的情况，后文会详 细介绍. 2.2    元素对弯曲晶界的作用 Hong 等认为，合金会优先形成弯曲晶界，随后 析出碳化物，因此弯曲晶界的形成与碳化物无关， 而与晶界附近的 C 或 Cr 元素含量相关. Lee 等[19] 对 Ni−20Cr 二元合金的研究表明，5% 的压缩变形 可以诱发弯曲晶界，其实质是因为压缩变形使晶 界处位错密度增加，而位错促使 Cr 元素在晶界富 集，并认为 Cr 元素的晶界偏析是引发弯曲晶界的 主要因素，并同时将 Ni−20Cr 二元合金进行高温固 溶处理，使晶界富 Cr，同样获得了弯曲晶界，如图 7 所示[19] . Latief 等[1] 在 Ni−(10～30)Cr−0.1C 三元合 金中发现，Cr 的不连续偏析导致晶界附近晶格畸 变，进而诱发弯曲晶界，提高 Cr 含量，增加晶格畸 变能，弯曲晶界的振幅增大. 而在对 AISI316 不锈 钢弯晶研究显示，提高碳含量或进行渗碳处理后 会出现弯曲晶界[16] ，认为弯曲晶界可能与 C 元素 在晶界处的晶格扩散激活能有关[22] ，并指出晶界 弯向低指数界面，形成低自由能的新界面，是为了 降低系统的总自由能[15,20] . (a) (d) (e) (f) GB zone (g) (b) (c) FIB machine area Side view Serrated grain boundary Indenter mark 50 μm 10 nm 10 nm 10 nm 5 μm 200 nm Top view 0 −5 x y −5 510 0 −10−10 0 −5 x y −5 510 0 −10−10 0 −5 x y −5 510 0 −10−10 Distance/nm Ni Cr −10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 100 90 80 70 Atomic percentage/ % 60 50 40 30 20 10 0 On the serrated GB Ni Cr Ni+Cr 图 7    采用三维原子探针观察 Ni−20Cr 二元合金中弯曲晶界处的元素分布. （a）取样位置；（b）柱状样品中的弯曲晶界；（c）元素分析区域；（d）Ni 原 子浓度分布; (e)Cr 原子浓度分布；（f）Ni+Cr 原子浓度分布；（g）Ni 和 Cr 原子的浓度曲线[19] Fig.7     APT  elemental  distribution  at  the  serrated  grain  boundary  in  Ni ‒20Cr  binary  alloy:  (a)  sampling  position;  (b)  the  serrated  grain  boundary  in cylindrical sample; (c) elemental analyzing area; (d) concentration distribution of Ni atoms; (e) concentration distribution of Cr atoms; (f) concentration distribution of Ni+Cr atoms; (g) concentration curve of Ni and Cr atoms[19] 2.3    γ′诱发弯曲晶界 2.3.1    弯曲晶界与 γ′析出特征 仲增墉等[32] 对 A 合金 (Ni−15Co−10Cr−5.5Mo− 5.5W−4.2Al−2.4Ti−0.05C) 和B 合金(Ni−15Co−15Cr− 3.7Mo−4.9Al−3.9Ti−0.15C) 两种成分的高 γ′(体积 分数为 45%～50%) 镍基变形合金进行控冷实验， 结果发现 γ′相是诱发弯曲晶界的主要原因. 该研 究显示，两种合金控冷试样的弯曲晶界上均析出 大量粗大的块状 γ′相，如图 8 所示. 研究人员同时 对两种合金控冷过程的晶界碳化物进行了详细观 察 ，发现 A 和 B 合金晶界碳化物分别为 M6C 和 M23C6 . A 合金中 M6C 型碳化物起始析出温度高 于 γ′相，可以使晶界发生局部弯曲，但由 M6C 型碳 化物引发的弯曲晶界数量较少. 而 B 合金中 M23C6 碳化物形成温度低，缓冷过程中不会析出，对弯曲 晶界不产生影响. 谭菊芬等[23] 对 GH220 合金缓冷 弯曲晶界的研究也发现，合金缓冷时 γ′相在晶界 形成，引发弯曲晶界. 2.3.2    γ′诱发弯曲晶界机制 固溶+空冷的标准热处理工艺，冷速快且过冷 度大，合金中一般形成弥散细小的 γ ′相，晶界平 直. 缓冷时，固溶体过饱和度小，γ′相形成的驱动 · 1330 · 工程科学学报，第 43 卷，第 10 期