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三维原子探针对10Ni3MnCuAl析出硬化塑料模具钢中NiAl和Cu析出位置关系的研究
1.实验材料及方法
实验用10Ni3MnCuAl钢是一种析出硬化塑料模具钢，其主要化学成分如表1所示。
表1 实验用塑料模具钢的主要化学成分
Table1 Chemical composition of the plastics model steel investigated
|
|
C |
Si |
Ni |
Mn |
Mo |
Cu |
Al |
Fe |
| at.% |
0.55 |
0.69 |
3.00 |
1.80 |
0.11 |
0.87 |
2.04 |
Bal |
| wt.% |
0.12 |
0.35 |
3.20 |
1.80 |
0.2 |
1.0 |
1.0 |
Bal |
将样品在900℃固溶2h，炉冷至室温，在500℃时效4h和100h，用3DAP研究NiAl相和富Cu相的析出位置关系，其样品用电火花切割成0.5×0.5mm2的小棒，然后通过两步电解抛光[6]制得：第一步用25%高氯酸乙酸抛光，第二步用2%高氯酸乙二醇丁醚进行显微抛光，以获得曲率半径小于100nm的针尖样品。3DAP采集数据时，样品冷却至50K，所得数据由Imago公司开发的IVASTM3.4.3软件分析。
2.实验结果与讨论
表2为样品在500℃时效不同时间的显微硬度值，4h达到440HV，比淬火态样品高出100HV，这是析出强化造成的。100h时硬度下降为385HV，表明已经过时效。
表2 样品500℃时效不同时间的显微硬度值（HV）
Table2 Microhardness of sample aging at 500℃（HV）
| 时效时间/h |
0 |
4 |
100 |
| 显微硬度/HV |
340 |
440 |
385 |
3.结论
（1）时效硬化钢10Ni3MnCuAl固溶条件下合金元素分布均匀，时效后基体中多种元素的偏聚造成了显微硬度明显上升。
（2）500℃时效4h的样品中发现金属间化合物NiAl和富Cu相几乎在相同位置析出，浓度峰值相距为1.5nm，随着时效时间增加到100h，NiAl相和富Cu相浓度峰值相差4nm，有逐渐分离的趋势。这是因为NiAl相为体心立方的B2结构，富Cu相此时已由体心立方转变为面心立方的ε-Cu。