Incoloy800H合金管材服役过程的开裂机制

利用光学金相、扫描电镜、电子探针等手段对制氢转化炉Incoloy800H管材服役后的组织损伤特征进行分析,并借助弹塑性有限元法分析了管材服役过程温差应力与管材开裂的关联性。结果表明,Incoloy800H管材在服役过程中发生了晶界氧化、晶间腐蚀及元素偏聚现象,管材内壁附近出现3个区域(氧化区,贫碳化物区,碳化物区),其中贫碳化物区深度可达100μm;服役过程贫碳化物区晶界抗蠕变能力的下降及服役过程中管材内壁周向温差应力的综合影响导致Incoloy800H管材服役过程裂纹的萌生及扩展。

真空渗碳处理对Cr35Ni45Nb合金高温持久寿命的影响

采用真空渗碳方式对服役2.5年的乙烯裂解炉管钢Cr35Ni45Nb进行了加速渗碳处理,并进行了一系列的高温(1080℃)持久试验;分析了合金在接近实际服役温度下的渗碳特性和持久试验中合金内氧化与蠕变交互作用所引起的材料组织转变、空洞萌生及裂纹形核扩展等规律,重点讨论了渗碳对于合金高温持久寿命的影响机理。结果表明:在高温应力及渗碳因素的叠加条件下,Cr35Ni45Nb炉管近表面碳化物-基体相界面发生内氧化,造成低应力下较易形成空洞和裂纹,而且,裂纹更容易在柱状晶区枝晶间萌生扩展。渗碳时间越久,渗碳层深度越大,Cr35Ni45Nb钢炉管的持久寿命越长。主要原因在于,渗碳造成枝晶间或晶界碳化物增多,降低了合金的蠕变速率,延长了持久寿命;同时,渗碳过程形成的相当于合金内部摩擦力的渗碳应力也部分抵消了外部应力的作用。此外,尽管渗碳强化Cr35Ni45Nb耐热钢,但降低了其高温塑性,同时也会与服役环境下温差热应力及热疲劳损伤等发生交互作用,导致实际服役炉管的早期失效。

组织损伤对Cr35Ni45Nb钢蠕变持久寿命的影响

以Cr35Ni45Nb合金钢为对象进行一系列高温蠕变持久试验,并采用SEM、EDS等对试样外表面、横截面及断口进行了观察分析。结果表明,蠕变过程中Cr35Ni45Nb的氧化腐蚀对持久寿命的影响较大,它主要取决于表面氧化膜破裂-自修复和内氧化两种行为的耦合过程;当氧化膜失去保护作用后,严重的内氧化过程将逐渐向心部扩展,使得晶界强度急剧弱化,材料的有效承载面积减小,从而加速材料的蠕变进程。另外,高温应力环境下Cr35Ni45Nb钢中会同时发生一次碳化物聚合粗化、析出相粒子数目减少、内氧化等化学损伤,以及蠕变空洞的形核长大甚至裂纹的形成等机械应力损伤,这两种损伤相互促进,导致炉管材料组织及力学性能弱化,持久寿命降低,Larson-Miller参数法外推的持久寿命发生一定程度的偏离。

铝合金盘基片化学镀镍缺陷的形成机理

针对铝合金盘基片镀镍过程中产生的凹点型缺陷导致基片报废的问题,采用扫描电子显微镜、聚焦离子束显微镜对计算机硬盘用铝合金盘基片的微观组织缺陷进行分析,并通过实验室模拟化学镀镍前处理过程,观察前处理对铝合金盘基片表面形貌、相分布与表面润湿性的影响。结果表明:发现在前处理过程中铝合金表面析出相周围的铝基体发生溶解,造成析出相脱落,形成微孔。而深度较大的微孔由于气体难以及时排出,溶液难以浸没,造成微孔底部Zn覆盖较少。说明在镀镍过程中,基片浸入镀镍溶液时深度较大的微孔中的气体同样无法全部及时排除,造成微孔处无法发生镀镍反应,使得微孔处形成孔洞,最终造成镀层表面的凹点型缺陷。

不同氧化条件下Cr35Ni45Nb合金组织特征及其与持久寿命的关系

以Cr35Ni45Nb合金为研究对象,进行不同气氛条件下高温时效及高温持久试验,并结合扫描电镜及定量电子探针对样品表面及横截面的观察分析,系统研究不同氧化条件下Cr35Ni45Nb合金组织演变与持久寿命的关系.结果表明:随着处理时间的延长,管材边缘及内部组织均逐渐发生变化.氧化序列体现为先是在样品边界不同地点形成不连续的氧化膜,随后氧化膜连成一体形成连续氧化膜,同时贫化区也逐渐形成;由于温度波动,氧化膜破裂脱落,而在氧分压较高的时效环境中,氧化膜得不到及时修复,使得贫化区晶界中出现内氧化.此外,在空气中氧化与在真空充氩气石英管中持久试验结果表明,较薄的连续氧化膜有助于提高合金的蠕变性能,而随着高温时效时间的延长,边界贫化区逐渐形成,氧化膜破裂及内氧化的发生,使得合金的蠕变性能逐渐弱化.

压铸ADC12铝合金基座的开裂机制分析

利用扫描电镜、金相显微镜、电感耦合等离子发射光谱仪等手段,对压铸ADC12铝合金云台基座开裂失效进行组织及成分分析,并借助弹塑性有限元法分析了云台基座在使用过程中采取急停等操作后的应力分布情况。结果表明,ADC12铝合金在铸造过程中产生大量的缩孔、偏析等缺陷,特别是在弯角部位,存在偏析瘤。这些缺陷,导致合金的力学性能严重下降。此外,在基座底部前后端与高台的交界处存在应力集中。因此,导致压铸ADC12铝合金云台基座的开裂失效。

铝合金盘基片表面微腐蚀形成机理研究

针对铝合金盘基片化学镀镍、抛光后表面存在局部集中分布并两面对称、尺寸为1~3μm的微小凹陷,利用扫描电镜(SEM)、聚焦离子束显微镜(FIB)、轮廓仪对缺陷试样的微观组织、结构进行分析研究,并结合铝基片生产及化学镀镍工艺流程,对铝基片在不同工序过程中表面形貌的演变及其机理进行分析。发现在铝合金盘基片清洗过程中,由于清洗剂中的缓蚀剂浓度分布不均,而低浓度缓蚀剂对铝基片具有较强腐蚀性,造成铝基片表面部分析出相周围铝基体发生腐蚀,形成点蚀坑。经化学镀镍后,点蚀坑位置的镍层表面形成凹陷,在抛光过程中无法完全去除,最终在产品表面形成凹点型缺陷。通过增加自动溢流搅拌装置,消除清洗剂浓度分布不均匀的情况,有效避免铝基片表面发生异常的不均匀腐蚀。