Improving Intergranular Corrosion Resistance in Inconel 625 via Grain Boundary Character Distribution Optimization

The feasibility of applying the grain boundary character distribution(GBCD)optimization to Inconel 625 for improving the intergranular corrosion(IGC)resistance was studied.The GBCD was obtained and characterized by electron backscatter diffraction(EBSD)analysis,and its optimization was mainly attributed to annealing twins(Σ3)and twins related to boundaries formed during thermal-mechanical processing(TMP).Through TMP of 5%cold rolling and subsequent annealing at 1150℃for 5 min,the proportion of lowΣcoincidence site lattice(CSL)grain boundaries of the Inconel 625 can be enhanced to about 35.8%which mainly were ofΣ3^(n)(n=1,2,3)type.There is an increase of 24.8%compared with the solution-treated sample,and simultaneously the large-size highly-twinned grain-cluster microstructure is formed.The grain-cluster is mainly composed ofΣ3-Σ3-Σ9 orΣ3-Σ9-Σ27 triple junctions,which is mainly caused by boundary reactions during grain growth.Among them,the IGC resistance ofΣ3 grain boundaries,Σ9 grain boundaries and random grain boundaries is sequentially weakened.With the increase of the lowΣCSL grain boundary fraction,the IGC resistance of Inconel 625 improves.The essential reason is the amount ofΣ3 boundaries interrupting the random boundary network increases and the large grain-cluster arrests the penetration of IGC.

新型镍钴基高温合金拉伸性能和变形机制研究

采用SEM、EBSD和TEM研究了室温(25℃)和中温(650、700和750℃)下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明:室温下,合金的屈服强度和延伸率分别是1176 MPa和22.5%,主要的变形机制为大量位错发生滑移,不全位错切割γ′相形成孤立层错。当温度达到650℃时,观察到微孪晶切割二次γ′相和γ基体,以连续层错切割二次γ′相和γ基体变形为主。在700~750℃时,以连续层错和微孪晶同时切割二次γ′相和γ基体为主,并且层错的长度和微孪晶的厚度随温度的升高而增加。650~750℃范围内,切割一次γ′相的机制从APB转变到孤立层错。讨论了中温条件下变形机制随温度的变化以及微孪晶、层错等的形成机制。其中给出了a/6<112>不全位错剪切γ′相形成超点阵外禀层错(SESF)的一种原子互换扩散模型,解释微孪晶的形成过程,为进一步研制高性能水平的新型镍钴基高温合金提供参考。

中温形变热处理对新型镍基高温合金组织和力学行为的影响

采用EBSD、SEM和准静态室温单轴拉伸试验研究了不同中温形变热处理工艺与新型镍基高温合金微观组织和室温力学性能之间的关系。结果表明,新型镍基高温合金经中温形变热处理后可明显提高退火孪晶的长度分数,最高可达40.6%。退火孪晶的形成主要以晶粒的“生长意外”机制为主。同时,相比于固溶+双级时效处理试样的力学性能(屈服强度σy=1018MPa,延伸率εf=17.44%),合金在750℃轧制变形30%后在1120℃退火30min并经双级时效处理,其σy可提高499 MPa,为1517 MPa,而其εf仅降低了4.69%。在750℃轧制变形50%后在1120℃退火30 min并经双级时效处理,其σy可提高352 MPa,为1370 MPa,而其εf基本保持不变。这种强度的升高主要归因于晶粒细化和退火孪晶的共同作用,这为高性能镍基高温合金提供一种新的强化策略。

镍基高温合金在变形热处理过程中的组织和织构演变

采用电子背向散射衍射技术研究了镍基高温合金冷变形和再结晶退火过程中的组织演变、晶界特征分布、应变分布及织构演变规律。结果表明,当冷变形量较小(ε≤45%)时,晶粒沿着轧制方向被拉长,呈扁平状于基体中均匀分布,应力主要集中在晶界和孪晶界(TB)附近,大角度晶界(HAGBs)和TBs逐渐向亚晶界(Sub-GBs)和小角度晶界(LAGBs)转变。同时,出现Goss织构{110}<001>、Brass-R织构{111}<112>、Twinned-Copper织构{552}<115>和Copper织构{112}<111>。当轧制压下量超过70%时,晶粒形状逐渐从扁平变为纤维状,晶粒的变形均匀性逐渐变好,应变分布变得均匀,LAGBs开始占主导地位。同时,织构类型保持不变,但织构强度增加。在1120℃退火15 min后,孪晶的长度分数随着轧制压下量的增加而增加。同时,变形织构转变为再结晶织构,织构类型增加,但织构强度减弱。此外,当退火孪晶的比例增加时,Copper织构{112}<111>不断向Twinned-Copper织构{552}<115>转变,并且经过30%~80%轧制变形的试样产生织构{124}<211>。

一种新型镍基变形高温合金“孪晶+γ’相”组织调控及高温力学性能研究

本研究采用形变热处理的方法在新型镍基变形高温合金中构筑了“孪晶+γ’相”复合结构,并结合EBSD和SEM表征技术探讨了孪晶与γ’相的演变规律。同时,研究了合金在760℃下的高温力学性能。结果表明,“孪晶+γ’相”复合结构可以有效改善合金的高温力学性能,且随着退火孪晶长度分数的增加,孪晶片层厚度增加,材料的高温强度呈降低的趋势;当轧制态合金(ε=68%)在1120℃退火15 min并进行双级时效处理(650℃/24 h/AC和760℃/16 h/AC)后,“孪晶+γ’相”复合结构中退火孪晶的长度分数为25.38%,γ’相的平均尺寸为32.21nm,此时,合金的屈服强度从固溶态的775 MPa提高到了1184 MPa,断后伸长率从3.18%提高到了18.96%。通过构筑“孪晶+γ’相”复合结构可以有效提高高温合金的高温力学性能,这为高温力学性能的提升提供了一种新策略。

中温轧制对新型镍基高温合金微观组织和高温力学性能的影响

合金的微观组织与加工方法有关,并进一步决定了合金的力学性能。基于此,采用EBSD、SEM、TEM和准静态高温拉伸试验研究了不同中温轧制变形量与新型镍基高温合金微观组织和高温(760℃)力学性能之间的内在联系。中温轧制变形量的增大会显著提高合金的高温力学性能:相比于固溶+双级时效处理试样的高温力学性能(σ_(y)=860 MPa,σ_(uts)=973 MPa和ε_(f)=3.5%),当中温轧制变形量为10%时,合金的σ_(y)提高了230 MPa,σ_(uts)提高了166 MPa,ε_(f)变化不明显,为4.1%;而当中温轧制变形量为80%时,合金的σ_(y)提高了190 MPa,σ_(uts)提高了165 MPa,ε_(f)大幅度增加,为22.5%。微观组织分析表明,随着中温轧制变形量的增加,合金的主要变形机制由孤立层错剪切向微孪生转变,微孪晶的形成既保证了合金的高温强度,又有利于延伸率的提高,是实现合金高温强塑性匹配的主要原因。本研究为获得良好高温强塑性匹配的镍基高温合金提供了一种新策略。

一种新型镍基高温合金的动态再结晶行为

采用等温热压缩实验研究了一种新型镍基高温合金在不同热变形条件下(变形温度1040~1120℃、应变量0.35~1.2、应变速率0.1 s^(-1))的动态再结晶行为。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射仪(EBSD)研究变形温度和应变量对合金热变形过程中组织演变和动态再结晶(DRX)形核机制的影响。结果表明,根据加工硬化率曲线能够准确确定DRX出现的临界应力和临界应变。合金的DRX晶粒体积分数随变形温度和应变量的增加而增加。在高温低应变速率下,不连续动态再结晶(DDRX)和连续动态再结晶(CDRX)形核机制同时发生。随着变形温度的升高,CDRX形核机制减弱,而CDRX机制在高温条件下占据主导。随着应变量的增加,合金中DDRX机制逐渐变强。热变形后期,CDRX仅作为辅助形核机制发挥作用。另外,Σ3孪晶界的形成有助于DRX晶粒的形核。

GH3625合金无缝管材组织及性能调控研究

以GH3625合金冷轧管材为研究对象,通过组织表征和性能测试(硬度测试和室温拉伸实验),研究了固溶处理参数对GH3625合金晶粒长大行为和力学性能的影响。结果表明:随固溶温度的不断升高,基体内碳化物逐渐溶解,当温度高于1130℃时,基体内碳化物几乎完全溶解且晶粒开始快速长大,在950～1250℃温度范围内晶粒长大激活能为208.60 kJ·mol^(-1),合金的硬度则随着温度的升高而持续下降,且在晶粒长大过程中合金的硬度值与平均晶粒尺寸符合Hall-Petch关系式。随保温时间的延长,晶粒长大速度先快速增加随后逐渐平稳,当保温时间为20 min时基本上完成再结晶;在此过程中合金的硬度变化并不明显。空冷和水冷后合金的平均晶粒尺寸未发生变化,硬度随冷却速度的增加而增大。最佳固溶处理工艺为1150℃/60 min/AC,室温拉伸断裂方式为韧性断裂,综合力学性能良好。

Laves相对GH3625合金管材热挤压过程中爆裂行为的影响

采用GH3625合金铸态管坯及均匀化态管坯进行相同工艺热挤压管材制备实验,均匀化态管坯能成功挤出,而铸态管坯出现管爆裂现象。通过OM、SEM等手段观察了GH3625合金铸态及均匀化态组织、热挤压成形管材组织、爆裂管材组织及断口形貌,结合EDS分析,研究了GH3625合金管爆裂行为。结果表明,铸态管坯中存在较多的Laves相,经均匀化处理后Laves相和微观偏析基本消除;铸态管坯在热挤压过程中绝热升温导致Laves相回熔是造成管爆裂的主要原因;管爆裂的开裂方式为脆性断裂和韧性断裂相结合的准解理断裂,其中脆性断裂占主导地位。

形变诱导Inconel 625合金管材的静态再结晶行为

通过室温压缩变形与再结晶退火处理研究了Inconel 625高温合金冷变形及再结晶行为,采用EBSD技术分析冷变形过程中的应变分布、晶粒尺寸变化、组织与织构演变,以及冷变形Inconel 625合金再结晶过程中再结晶分数、晶粒尺寸、组织及织构演变。结果表明,Inconel 625合金在变形量为35%~65%时具有良好的塑性,随着变形量的增加,晶粒尺寸减小,应变分布越均匀,{111}<112>织构和{110}<001>织构逐渐减弱,而{001}<110>织构和{112}<111>织构略为增强。冷变形Inconel 625合金经再结晶退火处理后,随着退火温度升高与保温时间的延长,再结晶分数增大;随着变形量的增大,Inconel 625合金发生完全再结晶时的温度降低,且发生完全再结晶时的晶粒尺寸变小,变形量为35%时,再结晶过程主要是{112}<111>织构和{123}<634>织构转变为{110}<112>织构、{001}<100>织构与{124}<211>织构。随着变形量增加到50%及65%时,冷变形产生的{123}<634>织构在再结晶过程中转变成了{124}<211>织构。

原位拉伸法研究GH3625合金退火孪晶界稳定性及断裂行为

孪晶界作为低能稳定界面易在低层错能金属中被调控而成为近年来研究的热点。固溶态GH3625合金组织中含有大量退火孪晶组织。本实验采用室温原位拉伸结合扫描电子显微镜(SEM)观察和能谱(EDS)分析的方法研究了固溶态GH3625合金中孪晶组织演变及断裂行为。结果表明,GH3625合金在原位拉伸变形过程中,孪晶组织内部主要以单滑移为主;在拉伸直至断裂的过程中,随变形量的增加,孪晶界逐渐发生弯曲,但孪晶界始终存在于合金组织中,起阻碍位错的作用,具有良好的室温机械稳定性。GH3625合金断裂时既有韧性断裂又有脆性断裂,碳化物偏析是造成晶界裂纹以及晶内孔洞形成的主要原因。

一种新型Ni-Cr-Co基合金的热变形行为及其组织演变

采用Gleeble-3800热压缩试验机研究了新型Ni-Cr-Co基合金在1050~1250℃、0.001~1s^(-1)条件下的热变形行为,并利用EBSD探讨了变形温度和应变速率对合金组织演变和动态再结晶形核机制的影响。结果表明,流变应力随变形温度的升高而降低,而随应变速率的增大而增加。基于流变应力曲线,建立合金的Arrhenius本构方程和热加工图,得到热变形激活能为520.03 kJ/mol,最佳热加工区间条件为1175~1250℃、0.006~1 s^(-1),该区域最大功率耗散效率为45%。动态再结晶分数随变形温度的升高和应变速率的降低而增加,且动态再结晶过程形成了均匀细小的等轴晶粒以及∑3孪晶界。动态再结晶形核主要以晶界"弓出"为特征的不连续动态再结晶机制主导。低温高应变速率下,持续亚晶转动诱导的连续动态再结晶作为辅助形核机制发挥作用。