Inconel617圆钢、锻件

Inconel617圆钢、锻件

沉淀硬化不锈钢：17-4PH(SUS630 / 0Cr17Ni4Cu4Nb)、17-7PH(SUS631 / 0Cr17Ni7Al)
双相不锈钢：F51(2205 / S31803 / 00Cr22Ni5Mo3N)、 F52(S32950)、  F53(2507 / S32750 / 022Cr25Ni7Mo4N)
 F55(S32760 / 022Cr25Ni7Mo4WCuN)、 F60(S32205 / 022Cr23Ni5Mo3N)、329(SUS329J1/ 0Cr26Ni5Mo2/ 1.4460)
耐腐合金：20号合金(N08020 / F20)、904(N08904/ 00Cr20Ni25Mo4、5Cu/ 1.4539)、254SMO(F44/ S31254/ 1.4547)

通过真空定向凝固技术制备出V含量分别为0.3%、0.6%和0.9%的DZ125柱状晶高温合金,并对其进行组织观察、相组成分析、蠕变性能测试及长时效处理,深入研究了元素V对DZ125合金组织及性能的影响。使用扫描电子显微镜观察不同V含量的铸态和热处理态合金的碳化物、γ’相、γ相和γ+γ’共晶相微观形貌,结果表明,随着合金中V含量的增加,合金中碳化物的形貌由片状先转变为颗粒状,而后再转变为针状。合金中γ’相、γ相和γ+γ’共晶相形貌几乎不变,但能谱分析表明,它们中V含量亦随合金中V含量增加而增加。采用电解法萃取合金中的γ’相,并对不同V含量铸态及热处理态合金及其γ’相进行XRD衍射分析,结果表明,合金中基体γ相主要为元素Ni、Ta、Hf、Cr、Co、W、Mo、Ti、Al组成的固溶体,γ’相主要为Ni3[Al,Ti],碳化物主要是MC型碳化物。测定出合金中γ相及γ’相的晶格常数,并计算γ/γ’晶格错配度,随合金中V含量的增加,合金中γ相及γ’相的晶格常数均先减小后增大,γ/γ’两相晶格错配度也先减少后增大。热处理后对不同V含量的DZ125合金进行高温蠕变性能测试表明,随着V含量的增加,合金蠕变寿命先增加后略降低,蠕变激活能及表观应力指数也先增加后略降低。

当合金中V含量较低时,位错主要以攀移绕过机制通过γ’相,而V含量较高时,位错在基体中滑移及位错切入第二相。对不同V含量的DZ125合金进行3000h长时效,随着V含量的增加,MC型碳化物分解成M23C6型碳化物的速率逐渐加快,块状碳化物由边缘开始分解,针状碳化物断裂分解,γ’相长大速*逐渐加快而后大幅下降,TCP相出现时间逐渐提前,数量逐渐增加,随后逐渐回溶。进行蠕变性能测试,随着时效时间的增加,当V含量较少时,1000h后蠕变寿命开始降低,到2000h下降了约三分之一,当V含量较多时,2000h后蠕变寿命开始降低,到3000h下降了约三分之一,当V含量过多时,蠕变寿命下降非常缓慢。高温蠕变期间,热处理态的合金中γ+γ’共晶相是裂纹的主要发源地,经过长时效后,裂纹会先选择在M23C6型碳化物上萌生,沿晶界扩展长大至断裂,其次才选择在γ+γ’共晶相处萌生,沿较大尺寸的共晶薄弱处及碎裂的细小碳化物或晶界扩展长大,直至发生断裂。高温蠕变断裂后,断口的微观形貌与材料的伸长率相对应,韧窝的尺寸越大,数量越多,则滑移迹线越少,材料的塑性就越好。
XM-19（S20910 / Nitronic 50）、318(3Cr17ni7Mo2N) 、C4(00Cr14Ni14Si4/ 03Cr14Ni14Si4)
因科洛伊合金：Incoloy800H(N088100/ 1.4958)、Incoloy825(N08825/ 2.4858)、Incoloy925(N09925) Incoloy926(N08926/1.4529)
高温合金：Gr660(SUH660/ S66286/ A-286/ GH2132/ 0Cr15Ni25Ti2MoAlVB/ 1.4980)、Nimonic 80A(N07080/ GH4180)
GH3030 (GH30)、 GH4145 (2.4669)、 GH4169 (2.4668)

TiAl合金具有低密度、良好的抗氧化性、高温强度和优异的疲劳性能。因其金属间化合物的原因,使其兼具金属和陶瓷的性能,目前常被作为空、天及汽车发动机用耐热结构件的材料。TiAl合金的缺点也很明显,其室温塑性和韧性低,可加工性差。通过熔模精密铸造可有效解决其加工性差的问题,但因其凝固收缩较大,铸件易产生裂纹,一次成型率较低。有研究人员通过改善铸型的退让性的方法来降低铸件所受应力,改善铸件裂纹缺陷。因为TiAl合金原材料和生产成本十分高,采用传统试错法探索是不可行的。利用计算机数值模拟手段优化精密铸造工艺,可提高铸件品质,降低成本及缩短产品试制周期。本课题利用ProCAST进行TiAl合金熔模铸造过程的数值模拟,利用数值模拟结果与实验结果对比,表明通过数值模拟可以很好地预测TiAl合金凝固缺陷和组织的形成,为铸造工艺的优化设计提供了理论依据和有力支撑。为了便于计算,在使用ProCAST进行数值模拟时通常将铸型的应力类型设置成刚性,而在实际情况下铸型不可能为刚性,其会随着铸件的变形而发生变形。铸型的这种变形会影响铸件内部的应力分布和铸件的质量。

本文利用ProCAST软件将铸型设置为线弹性,通过改变型壳预热温度的方法模拟了不同型壳预热温度下铸件应力、应变和微观组织,并与理论相对比来判断使用线弹性型壳进行模拟时结果的准确性,同时还进行了型壳不同杨氏模量的模拟研究,为后续通过ProCAST研究型壳退让性做出一些参考。由于抗弯强度常用来表征铸型的退让性,因此本文采用在TiAl合金精密铸造用陶瓷型壳中添加纤维的方法,研究了不同含量碳纤维和尼龙纤维对型壳不同状态下抗弯强度的影响。研究结果表明,添加少量碳纤维可以提高型壳湿强度、降低型壳室温和高温干强度,但当添加量达到10%后会同时提高型壳湿强度、室温和高温干强度。在型壳中添加含量在10%以内的尼龙纤维时,随尼龙纤维添加量的增加,型壳湿强度、室温和高温干强度均会降低。综合考虑型壳运输、装配和浇铸后清理等过程对湿强度和室温干强度的要求,以及改善退让性所要求的相对较低的高温干强度,适量的添加碳纤维可以在满足使用要求的同时提高型壳的退让性。

GH3535镍基合金是第四代*反应堆—钍基熔盐堆的主要结构材料,该合金在700℃高温,高腐蚀性的苛刻环境里具有良好的高温性能和耐熔盐腐蚀性能。不同于合金本身均匀的组织特征,焊接接头具有显微偏析、第二相析出和晶粒极不均匀的特性,这些特性使得焊接接头常常成为部件的薄弱环节。采用高热输入量的焊接方法焊接镍基合金常出现焊缝凝固裂纹、热影响区液化裂纹或再热裂纹等问题,因此采用小热输入的激光焊接技术是焊接GH3535合金的一种优选方案。然而有关GH3535合金激光焊接的研究极其匮乏。本文采用激光自熔焊方式进行GH3535合金焊接,研究关键工艺参数对焊缝气孔的影响及其形成机制,解决镍基合金焊缝存在大量气孔缺陷问题;基于熔盐堆高温高腐蚀性的服役特点,研究GH3535合金激光焊接头在高温短时热处理和低温*时效的组织性能演变特性,获得GH3535合金接头组织性能演变规律;研究接头熔盐腐蚀行为,揭示激光焊接头腐蚀特性。采用高速摄像技术及表征方法分析了激光焊接过程匙孔的动态变化及熔池的流动特征。焊缝气孔的形成受匙孔稳定和熔池振荡影响,脉冲激光模式下由于熔池具有搅动效应而使得CO气孔减少,连续激光模式下由于激光匙孔的不稳定存在而使得焊缝气孔率较高。经过工艺的优化获得气孔率极小的焊接接头,对焊态接头的组织和性能进行了特性分析。基于凝固理论及试验研究,焊缝区枝晶间区域存在k<1的Mo、Si和C的元素偏析,焊缝凝固时发生共晶反应:L→L+γ→L+γ+M6C→γ+M6C。

热影响区近缝区球状M6C碳化物受高温热循环影响发生组分液化而转变为M6C-γ共晶碳化物。焊接接头抗拉强度与母材相当,断裂部位不在焊缝区和共晶转变区,说明共晶碳化物的形成并未损伤短时拉伸性能。基于熔盐堆高温*运行特点,对焊接接头进行700℃,不同时效时间的组织性能分析。焊缝区和热影响区中一次碳化物周围的元素偏析区析出纳米级细小M6C并逐渐长大球化,原一次M6C-γ共晶碳化物因系统自由能的驱动由棒状逐渐演变为球状M6C碳化物。焊接接头拉伸性能在时效100h后,其抗拉强度升高并至3000h后抗拉强度趋于稳定,时效10000h后接头抗拉强度（555MPa）约比焊态接头强度高55MPa,热影响区大尺寸的M6C成为材料失效的主裂纹源;焊缝区和热影响区的碳化物的演变及析出并未损伤接头的拉伸性能;时效后接头的高温持久寿命提高约56%,其断裂位置位于焊缝区中部的纵向晶界处。时效后M6C的析出和局部应变的均匀化提高了接头的持久性能,接头持久断裂受焊缝中心大角度纵向晶界特性主导。采用两种碳含量的焊件分析了碳化物对焊缝组织演变的影响。固溶处理后,无碳化物焊缝,其组织转变为粗大等轴晶;有碳化物焊缝,碳化物阻碍晶界的迁移,使得晶粒长大的激活能提高:低碳无M6C焊缝晶粒长大激活能为106.5 kJ mol-1,高碳有M6C焊缝晶粒长大激活能为934.7 kJ mol-1,碳化物的存在对焊缝组织的稳定至关重要。

采用静态腐蚀试验研究了接头的不均一性对腐蚀行为的影响。焊接接头晶粒组织的不均一特性并未体现出腐蚀行为的差异。焊接接头的腐蚀是以Cr的扩散溶出为主导的均匀腐蚀特征。通过本文研究,可见GH3535合金激光焊接接头具有良好的焊接性、高温热稳定性和耐熔盐腐蚀性,本研究为激光焊接技术在熔盐堆中的应用奠定了研究基础。TiAl基合金由于其良好的比强度、高温抗蠕变性能和导热性,做为中高温轻质结构材料在空天领域应用潜力较大,然而,由于室温塑性低和可加工性差制约了其应用。另外,空发动机越来越高的推重比的需求对高温合金材料的抗氧化性提出了更高的要求,在如何提高合金的塑性和高温抗氧化方面的研究,将对TiAl基高温合金的实际应用具有重要的意义。合金化作为改善材料性能的重要手段,在TiAl基合金中得到了广发的应用,使得合金的多方面性能得到改善和提高。本文采用性原理的方法,研究了常用合金元素合金化对TiAl基合金的γ相和α2相的弹性性能和间隙原子扩散性能的影响,从而获得一些实验上难以获得的性能参数,为TiAl基合金的成分设计和优化提供理论支持。通过对γ相和α2相在压力作用和合金元素固溶情况下的晶体结构、电子结构、弹性性能、热力学性能和氢、氧间隙原子的晶格扩散性能等的计算。得到如下结论:（1）计算了压力作用下γ相和α2相的晶体结构、弹性性能和热学性能。结果表明:γ相和α2相在压力作用下晶格主要压缩方向存在差异,分别为c轴和a轴方向;零压下,γ相具有更高的强度和更差的塑性,两相的强度和塑性随压力的升高而升高;在20GPa左右的压力作用下,两相的强度、塑性、热膨胀系数和热容等性能趋于*。（2）计算了γ相和α2相的R元素（R=Zr、Hf、Sn、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Co、Ni和Ga）固溶体的晶格常数、电子结构、弹性和热性能。
Inconel617圆钢、锻件结果表明:在γ相中,倾向于置换Ti原子的元素有Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W,而倾向置换Al原子的为Sn和Ga,占位趋势不明显的元素有Mn、Co和Ni。W、Mo、Cr、V、Sn、Ta、Nb和Ga元素固溶强化作用明显,可以提升γ相的强度和硬度,其原因为:合金化导致态密度整体左移,晶体的结构稳定性提高,原子间成键的共价性增大。Co、Mn和Ni元素有利于改善合金体系的塑性,原因是:合金化引起态密度的主成键峰变宽变缓,Ti（d）-Al（p）键的消弱作用,原子间成键的共价性减弱。在α2相中,除合金元素Sn和Ga元素倾向于置换Al原子外,其它元素均倾向于置换Ti原子;Ta、Ga、Hf、V、Nb和Zr元素固溶强化作用明显,合金体系强度和硬度增加,其引起原因为;合金化导致晶体中成键强度增大,共价性增强。Co、Cr、Ni、Mn、Sn、W、和Mo元素有利于改善合金体系的塑性,效果较为显著有Co、Cr和Ni元素。（3）计算了氢原子在γ相和α2相中及其固溶体中的扩散行为。