MP35N(Co-35Ni-20Cr-10Mo)作為一種Co-Ni基超合金,自1968年被Smith發現以來，以其特超高的強度、極強的耐腐蝕性以及良好的耐疲勞性，廣泛應用於航天緊固件、骨科植人物、石化工業的水下鑽井等配備中-3.研討現已發現，MP35N合金的強化來源於兩個方面：一個是冷變形強化，其強度比固溶態進步3~5倍4；另一個是時效熱處理，可使強度進一步進步20%以上(5-61，可是關於其強化機制卻至今仍未統一.
關於MP35N合金冷加工強化機制的不合首要在於是否構成了馬氏體.Graham等2將包括MP35N合金在內的Co-Ni復相合金的線性加工硬化歸結於形變誘導發作的馬氏體相(HCP) ，第二階段的加工硬化來自於交織散布的HCP相與面心立方結構(FCC) 基體之間構成的機械孿晶.
Raghavan等則以為，因為應變誘發馬氏體改動的溫度低於室溫(~77K)，因而MP35N室溫變形強化與馬氏體無關， 僅是因為發作了形變孿晶.Singh等經過X射線衍射(XRD) 和透射電鏡(TEM) 剖析了MP35N合金中冷加工構成的片層狀結構， XRD成果只顯現了面心立方基體相，沒有發現第二相的存在，然而透射電鏡成果標明一起包含了孿晶和HCP相.Prasad等」對直徑為100um的MP35N線材，研討了拉伸前後的由表層到中心層的微觀安排， 並經過TEM進行詳細剖析，以為起強化效果的片層結構是厚度1nm~1m的孿晶， 並非HCP相.
關於MP35N時效二次強化， Cra ham等1101以為是因為應力誘導生成的HCP相和基體FCC相之間的界面上呈現了Mo原子偏析，並進一步生成六角形結構的金屬間化合物Co，Mo，其在時效過程中片狀安排阻止了位錯運動，起到強化效果.根據無HCP相分出、僅有形變孿晶構成的研討者Ish maku等(」和Sorensen等112-1以為， 時效引起了Mo原子向堆垛層錯和孿晶的偏聚，和形變孿晶一起起到了強化效果.
中國在Co合金尤其是Co-Ni合金方面的研討較少.例如常用的3J21合金帶材或線材其強度最高僅1865MPal 14-16) .雖有單個專利經過雙真空熔煉、冷拉絲、冷軋、合金合成、時效處理工藝使強度乃至超過3GPa， 可是工藝繁瑣、本錢較高，本文結合國內外研討情況，自行熔煉MP35N合金，經過工藝改善進步強度，一起探究其強化機制.
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試驗
屬按Co 35%、Ni 35%、Cr 20%、Mol 0%的比例混合， 經試驗用MP35N合金由Co、Cr、Ni、Mo四種純金
真空感應熔煉澆鑄成100mmx100mmx60mm方形錠坯，其實測成分見表1.錠坯在加熱爐中升溫至1250℃保溫2h，經過350熱軋試驗機進行6道次軋制，軋至5.5mm後進行水冷，終軋溫度為950℃.將熱軋板在1000℃保溫2h固溶淬火後，在四輥冷軋機上依照所示的工藝軋至0.87mm，冷軋總變形量為84.18%.對冷軋試樣進行400~700℃每隔50℃等溫時效4h.時效試樣在HX D-1000TM數字顯微式硬度儀上進行顯微硬度測驗，試驗載荷為500gf，加載時間為10s，均勻測驗12個點.去掉最大最小值後取均勻值進行統計剖析，對硬度最大的
時效溫度改動保溫時間，確認硬度最高的保溫時間，然後進行強度測驗.強度測驗所用拉伸試樣依照GB/T 228.1-2010製取， 在CMT 5605型全能拉伸機上進行拉伸試驗，每組平行試樣3根.用於安排調查的試樣經研磨、拋光、侵蝕(H NO， ：HCI=1：2)後，在AX10金相顯微鏡下進行金相安排調查，使用ZEISS ULTRA 55熱場發射掃描電鏡進行拉伸斷口剖析， 使用D 8 Advance X射線衍射儀對試樣進行物相剖析.使用TF 20透射電子顯微鏡(TEM) 進行孿晶、位錯、分出物剖析，一起使用其配套的能譜剖析設備(EDS) 進行成分剖析.透射試樣選用機械減薄至30jm，後用19%H，S0g+76%甲醇+5%H，PO，的雙噴液穿孔，電流控制在25~32mA，溫度為-15~5℃.
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熱力學相圖模仿
為使用Thermo-Calc熱力學軟體計算含21.1%Cr-9.44%Mo-0.013%C-0.17%Si的Co-Ni偽二元平衡相圖.從能夠看出，關於MP35N試驗合金來說，當溫度處於室溫至270℃之間時，有Co，Mog、Co， Mo和Co Cr分出相發作， 但高於270℃直至熔點1470℃之間均處於面心立方結構(FCC) 單相區，既沒有分出物也不發作相變.因而依照金屬學理論，試驗合金強化只能經過加工硬化，難以經過熱處理強化.可是眾多研討成果標明，Co-Ni合金在冷軋後的時效過程中，強硬度均進一步進步.對這一矛盾現象，國內外學者一向未能統一知道.
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成果及剖析
3.1力學性能改變規則
MP35N合金冷軋試驗板經不一起效溫度處理後硬度先上升後下降，曲線改變見.對比冷軋態的顯微硬度528.16HV，在400~500℃等溫時效4h時，其顯微硬度添加至578.77~704.6HV，比冷軋態最高可進步30.44%；當時效溫度高於500℃以後，顯微硬度值開端逐步下降，在700℃時，急劇下降至479.02HV，低於冷軋態硬度值.時效熱處理試驗，其硬度目標改變如所示.
在最佳時效溫度500℃進行了不一起間的等溫能夠看出，時效時間為4h時，合金顯微硬度值最高，進一步延伸時間，硬度跟著時效時間的延伸反而呈下降趨勢.因為強度和硬度具有正相關的聯繫，能夠推測出該合金在500℃等溫時效4h時抗拉強度到達最大值.對比冷軋態的抗拉強度1922.04MPa、延伸率2.99%， 該時效態抗拉強度到達2641.16MPa， 進步37.41%， 但延伸率降至1.26%.其冷軋和500℃時效態的拉伸曲線所示.這種時效之後強度、硬度上升現象與平衡相圖存在矛盾， 其機理應與FCC基體內部的改變有關.
3.2
斷口剖析
對MP35N試驗合金冷軋態和500℃，4h時效態的試樣進行了拉伸斷口的SEM調查， 成果所示.能夠看出，MP35N冷軋板的拉伸斷口呈現顯著的撕裂孔洞特徵，孔洞位置巨細不統一，尺度從1um到50jm不等.這些開裂孔洞闡明冷軋板中已存在因為應力集中構成的孔隙缺點，這些小的孔隙在拉伸應力效果下不斷變大、會聚，終究在開裂過程中構成大的相連孔洞，構成開裂前的延伸率較低(2.99%)，為脆性開裂.能夠看出，在冷軋板經500℃，4h時效後進行的拉斷試驗中，儘管延伸率降到更低(1.26%)，可是試樣內部未發現任何孔洞，斷口表現為均勻的脆性解理開裂.一起，抗拉強度進步37.41%，闡明時效應力回復、顯微孔洞修復有利於強度進步.
3.3
XRD物相剖析
為了明晰MP375N試驗合金在不同狀態下的安排是否為單一的FCC安排， 並探明冷軋及時效過程中有無發作分出或相變， 對試驗合金進行了XRD物相剖析，成果所示.根據布拉格角能夠確認，試驗合金在固溶態、冷軋態和時效態均為單相FCC結構安排，其晶格常數為a=b=c=3.575A.在所有試樣的衍射圖譜中均沒有發現其他物相的衍射峰.儘管在平衡相圖中顯現，該合金在室溫下有Co， Mog、Co， Mo和Co Cr分出相， 在XRD檢測範圍內並沒有發現任何分出相.
一起能夠發現，試驗合金在冷軋態及時效態的XRD峰寬顯著大於1000℃固溶態， 如(200) 晶面衍射鋒在固溶態的半高寬FWHM(fullwidth at halfmaximum) 為0.410， 冷軋後上升至0.743， 持續在400~500℃時效之後一向堅持此寬度.依照謝樂公式D=KA/Bcos 0可知， 衍射峰半峰寬間與晶粒之間有對應聯繫，也就是說冷軋變形使合金顯著細化，並且在隨後的時效過程中晶粒沒有粗化.
別的，能夠看出，固溶態的晶面峰較多，闡明再結晶過程中構成的擇優取向不顯著，織構較弱.固溶、冷軋及不同條件時效態的衍射峰強度，能夠發現冷軋後構成顯著的擇優取向(100)和(200)，闡明構成較強的冷軋織構，在時效過程中，織構強度相對下降，種類沒有發作改變.
3.4
TEM微觀安排和成分剖析
Co-Ni合金在冷變形和時效處理過程中生成的薄片狀安排，對其強化起著重要效果，是現在研討成果中獲得肯定的定論.可是對其類型的斷定，即HCP相、孿晶仍是HCP與孿晶混合體， 尚未到達共同知道.為明晰MP35N合金的強化機制，對試驗合金的冷軋態和時效態進行了TEM描摹及衍射把戲剖析，成果所示.MP35N試驗合金經84.18%冷軋變形後的TEM微觀安排
可知：冷軋變形使合金構成很多高密度位錯區，並進而構成位錯牆，將基體分割成位錯胞結構(圖中箭頭所示)；試樣中未調查到顯著的片層狀安排，經衍射光斑剖析，試樣為單相面心立方安排，安排中不含孿晶，層錯數量較少.經400℃、500℃時效後，在試樣中均發現顯著的片層狀安排，片層厚度僅約為1~25nm，間隔約100~200nm，並且跟著時效溫度的升高，片層厚度不斷添加.400℃時效時，呈現了由數條較細孿晶擺放在一起組成的「孿晶簇」，
闡明在時效過程中，不同區域的部分位錯到達動力學條件分化成層錯，並以此為中心構成細小孿晶，描摹上構成由3~4個厚度為3nm左右的細孿晶組成的「孿晶簇」，且不同「孿晶簇」間的間隔為100~200nm不等.這一安排的呈現無疑為合金強度的進步起到必定效果，當時效溫度升高至500℃時，「孿晶簇」安排消失，此時呈現很多明晰、厚度不等的孿晶，在較厚孿晶安排中能夠看到高密度位錯.一起在此時效溫度下構成了二次孿晶，
這也很好解說了500℃時效4h時強硬度值到達最高的原因，即當時效條件到達最佳時，很多全位錯分化構成層錯，進而構成很多孿晶，反過來孿晶的構成對位錯運動的阻止、孿晶界自身的強化、二次孿晶與一次孿晶的彼此交織使合金的強硬度到達最高值[20-22].從試驗合金不同狀態對應的衍射斑駁能夠顯著的看出，冷軋態的衍射斑駁之間幾乎看不到暗線，層錯密度較低，在400℃、500℃時效4h時衍射斑駁顯著被拉長，斑駁之間有暗線，闡明時效過程中的確有很多位錯分化成層錯.
關於有無Mo原子在MP35N合金的李晶處偏聚，亦是存在爭論.通常以為，固溶原子易在畸變能較高的晶界處偏聚，而不會在能量較低的孿晶界面處偏聚12) .可是， Nie等12在鎂合金退火板材的研討中，發現了溶質原子Al、Zn在孿晶面處呈周期性偏析.別的， Jin等2在奧氏體不鏽鋼的李晶中也發現一些合金原子的輻照誘導偏聚現象，即Ni、Cr原子在較薄的孿晶帶上偏析，而Mo原子無顯著改變.對MP35N合金，Prasad等°在研討含低TiMP35N合金極細線材(直徑約100jm)時，對經600℃時效30min的試樣在層錯、孿晶以及基體處的成分進行統計剖析，發現Mo原子在層錯和孿晶處發作了集合，並且以為Mo原子的偏聚是強化機制之一；
關於不含Ti的MP35N合金在時效過程是否有原子偏聚現象，本試驗對500℃保溫4h時效後的MP35N試驗合金，在透射電鏡下的同一視野下對其基體及孿晶處的Mo元素進行了EDS剖析.由中6個點的Mo原子含量能夠顯著看出，孿晶上的Mo原子(點1和點4)含量分別為9.5%和10.2%，而基體上Mo原子(點2，3，5和6)含量均勻約為12.1%，高於孿晶處.這闡明合金時效處理未促進Mo原子在孿晶處的偏析，且在試驗過程中並沒有發現任何例如Co， Mog、Co， Mo和Co Cr的分出相.
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定論
1)試驗合金經冷軋變形84.18%後，最佳時效條件為500℃時效4h，此時其抗拉強度由冷軋態的1922.04MPa進步到2641.16MPa， 抗拉強度值進步37.41%，相應時效後的顯微硬度到達最大值704.26HV，進步30.44%.
2)冷軋後的斷口存在很多巨細不一的撕裂孔洞，經500℃時效後，孔洞徹底消失，有利於合金強度的進步； XRD物相剖析標明試驗合金冷軋及時效後和固溶態的結構相同， 均為FCC結構， 無HCP相或金屬化合物CoMo的構成.
3) TEM及EDS剖析標明， 試驗合金在時效過程中構成了納米級孿晶，在400℃時效後呈現了由3~4個厚度為3nm左右的細孿晶組成的「孿晶簇」，溫度升高到500℃，孿晶尺度變大、交織，「孿晶簇」消失.孿晶界對位錯運動的阻止以及孿晶界的強化效果，是時效強化的首要機制，一起在本試驗合金成分和試驗條件下並未發現Mo原子在孿晶面的偏聚.