硼对沉淀强化奥氏体合金晶界η相析出抑制作用机制及其抗氢相关性

η相是沉淀强化奥氏体抗氢合金（如J75）中的有害相，它在晶界析出会恶化合金的室温力学性能和抗氢脆性能。研究发现：微量元素B可抑制合金晶界η相析出，显著提高合金室温塑性、降低合金氢损伤。本项目拟通过均质化熔炼技术，制备含B和不含B的J75合金，研究B对晶界η相析出的抑制作用机制。采用SIMS和3DAP技术表征Ti、B、H、C等元素在合金中的分布；用SEM、TEM、AES、XPS等手段，确定晶界相结构、成分，综合分析表征B在晶界的存在状态；综合运用第一原理计算、3DAP、正电子湮没和内耗实验，澄清B对Ti扩散和偏聚的影响规律，以及B、H在析出相/基体间非共格界面竞争占位规律。揭示B抑制晶界η相析出、提高合金塑性、降低氢损伤的机制，为实现沉淀强化奥氏体抗氢合金晶界相控制、稳定和提高合金性能奠定理论基础。

η相在晶界析出会恶化沉淀强化奥氏体合金（如J75）的室温力学性能和抗氢脆性能，而添加微量B可抑制晶界η相的析出，但是其作用机制尚不清楚。本项目系统性的完成了B在沉淀强化J75合金中的作用机制、Ti、Al对η相析出行为的影响，以及沉淀强化J75合金的氢损伤机理研究。研究发现，由于B抑制了Ti的晶界偏聚，占据了η相形核位置，同时阻碍Ti向晶界扩散，使晶界η相难以析出；η相的形成与合金中的Ti、Al含量相关，提高Ti+Al含量或Ti/Al比，可促使发生γ'→η的转变，增加η相的析出倾向；B对合金抗氢性能作用机制在于：B不但抑制晶界η相析出，降低强氢陷阱数量，减少裂纹源，而且B和H原子存在位置竞争，可降低H的扩散和迁移能力，减少晶界偏聚H原子数量，抑制H致裂纹形成。研究还证实，先行位错切过合金中某处的γ'相后，后续位错继续切割的阻力降低，从而产生位错平面滑移；氢使位错平面滑移加剧；二者共同作用下产生的严重局部塑性变形，是导致沉淀强化合金氢损伤的根本原因。项目资助期间，已在国内外的期刊上公开发表研究论文9篇（SCI收录7篇）、申请国家专利5项，已授权3项。