Atom-probe study of Cu and NiAl nanoscale precipitation and interfacial segregation in a nanoparticle-strengthened steel

Abstract

The Cu and NiAl nanoscale precipitation and interfacial segregation in the martensite and austenite phases within a high-strength steel were studied by atom-probe tomography (APT). In the martensite phase, APT reveals the precipitation of isolated NiAl nanoparticles and NiAl/Cu co-precipitates, indicating that NiAl nanoparticles form first in the precipitation sequence. In comparison, the austenite phase contains only Cu nanoparticles with Ni segregation at the particle/matrix interface, in which the Ni segregation reduces the Cu nanoparticle interfacial energy. In addition, Mn and C exhibit an enrichment at the martensite/austenite interface, and the mechanism for the interfacial segregation was also discussed. IMPACT STATEMENTThe understanding of nanoscale precipitation and interfacial segregation mechanism provides the basis for the control of precipitate microstructures and mechanical properties of nanoparticlestrengthened steels. ARTICLE HISTORY

Mn promotes the rate of nucleation and growth of precipitates by increasing Frenkel pairs in Fe–Cu based alloys

“…Therefore, the formation possibility of Frenkel pairs is responsible for the increase of the evolution rate of Cu precipitates in Fe-Cu-Mn at the stage of over aging. (5) We also discuss the role of Mn in RPV that serves under irradiation condition, and point out that, based on calculated results, Mn will enhance the displacement damage in RPV steels.…”

“…C. The interaction of defect with solute Cu. The binding energy between a point defect and a Cu atom (DE (D,Cu) ) can be computed by the following eqn (5):…”

“…Copper is very common in steels. Intentional addition of Cu into steels results in high-strength low-alloy steels (HSLA) with excellent properties; [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15] aer aging, Cu can provide considerable precipitation strengthening effects. The effects of the unintentional presence of a trace amount of Cu in steels also attracts much attention, because it may induce serious problems in service.…”

Кинетика ранних стадий распада в разбавленном ОЦК-сплаве Fe-Сu-Ni-Al: MC + MD-моделирование

“…В последние десятилетия особое внимание привлекает система Fe−Cu, в которой высокие прочностные свойства при сохранении пластичности достигаются благодаря образованию наноразмерных выделений ОЦК−Cu в матрице α-Fe [5][6][7][8][9][10]. Кинетика распада пересыщенных твердых растворов Fe−Cu, Fe−Cu−Mn, Fe−Cu−Ni, Fe−Cu−Ni−Al исследовалась экспериментально во многих работах [10][11][12][13][14][15][16]. Низкоуглеродистые стали легированные Cu и дополнительно Ni, Al и Mn, после старения при 500−550 • в течение 1−2 часов позволяют получить очень высокую прочность, достигающую 1600 MPa [11].…”

“…Во всех случаях прочностные свойства сложнолегированных сплавов были выше чем для бинарного Fe−Cu-сплава. При этом высокие прочностные свойства сплава с низким содержанием легирующих элементов обусловлены формированием частиц Cu, поверхность которых обогащена атомами Ni и Al (co-precipitation режим [15,16]). При повышении содержания легирующих элементов Ni, Al кинетика распада меняется и в результате старения формируются частицы выделений на основе Cu и интерметаллического соединения B2 NiAl.…”