稀土Y对激光熔覆Inconel 625合金抗高温氧化和热腐蚀性能影响

目的分析稀土Y添加对激光熔覆Inconel 625组织和性能的影响规律,为严苛服役环境条件下的改性Inconel 625合金设计和制备提供借鉴。方法采用真空气雾化工艺,制备含有0.1%(质量分数)Y的IN625-Y粉末,并使用激光熔覆工艺分别制备了IN625和IN625-Y的熔覆试样。对比研究二者在组织和力学性能上的差异,分析稀土Y添加对激光熔覆IN625试样表面氧化膜组成、抗高温氧化、模拟烟气及熔盐热腐蚀性能变化趋势的影响。结果IN625合金和IN625-Y试样的显微组织主要由灰色富含Ni和Cr的γ-Ni基体相和枝晶组成,而IN625-Y试样晶粒组织更为细小,且有少量Laves相析出。IN625-Y和IN625试样的显微硬度分别为(268.8±3.1)HV0.3和(265.2±3.2)HV0.3,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别从(430.1±20.8)、(753.2±19.1)MPa和(37.6±3.4)%,提升到(433.8±21.8)、(774.8±10.4)MPa和(39.2±1.1)%。激光熔覆IN625-Y试样的高温氧化增重和气氛熔盐条件下的热腐蚀增重速率均小于未添加稀土Y的IN625试样。结论基于稀土Y添加对IN625熔覆组织的晶粒细化和洁净化作用,添加稀土Y能整体提升IN625试样的力学性能。激光熔覆IN625-Y试样表面能形成致密且稳定的Cr_(2)O_(3)氧化膜,具有更强的抗高温氧化性能,能更好地抵御SO_(2)气体及NaCl/Na_(2)SO_(4)熔盐的热腐蚀。

CuCrZr/Inconel 625异种材质合金管激光焊接工艺与接头界面组织性能

对CuCrZr与Inconel 625异种材料合金管进行激光对焊试验,观察分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析,试验结果表明,在1100~1300 W的激光功率,+20 mm的离焦量以及14.5 mm/s的焊接速度,20 L/min的99.9%Ar气保护时焊缝成形良好,可实现Inconel 625/CuCrZr管的全位置焊接,焊缝内部缺陷较少,但随着焊接功率的增加焊缝下塌现象明显;Inconel 625/CuCrZr焊缝与母材连接界面元素过渡明显,由于Ni元素,Cu元素互溶,在焊缝内部主要以富Ni的Ni/Cu固溶体存在,在激光焊接过程中CuCrZr母材受激光搅拌作用,有部分铜母材被“卷入”焊缝内,待工件冷却后保留在焊缝内部;Inconel 625/CuCrZr管激光焊接接头抗拉强度较高,晶粒粗大的CuCrZr的热影响区位置是主要断裂位置,断裂形式以韧性断裂为主.

熔覆电流对Inconel 625涂层组织与性能的影响

为了提高合金钢表面熔覆镍基合金涂层的质量,研究工艺参数对镍基合金涂层性能的影响,采用等离子熔覆技术制备Inconel 625涂层,利用金相显微镜、XRD观察并测试涂层的显微组织形貌与物相组成,采用电化学方法、显微硬度测试以及摩擦磨损试验研究了熔覆电流对涂层耐蚀性能和耐磨性能的影响规律。结果表明:熔覆电流改变了Inconel 625涂层的组织形貌和γ-Ni相不同晶面的择优倾向,当熔覆电流为80 A时获得组织细小、结构致密、(111)晶面择优生长的镍基合金涂层;与熔覆电流分别为60,70,90 A条件下制备的涂层相比,该涂层的腐蚀倾向最小,腐蚀速率最低,钝化区间最大,耐蚀性能优异;Inconel 625涂层的显微硬度值显著大于基体,当熔覆电流为80 A时涂层的显微硬度值最大,约为基体的1.89倍,耐磨性能最佳。

环境温度对AISI 4130钢TIG堆焊Inconel 625合金温度场及应力场的影响

环境温度对非熔化极气体保护焊(TIG)堆焊过程中堆焊层的温度场与应力场有着重要影响。为了探明AISI 4130钢TIG堆焊Inconel 625合金过程中缺陷的产生原因,采用ABAQUS有限元分析软件,对不同热输入量和不同环境温度条件下TIG堆焊Inconel 625合金的温度场和应力场分布规律进行研究。结果表明,当堆焊工艺参数相同时,在较低的环境温度下(0℃)焊缝残余应力高,分布不均匀,焊接变形大,容易产生焊接缺陷。通过适当降低焊接电流及焊接速度,在保证热输入量的条件下,可降低焊接峰值温度、残余应力及应变,从而减少裂纹、孔洞等焊接缺陷的产生,提高焊接质量。

Inconel 625合金国内外研究现状综述

Inconel 625因其优异的综合性能广泛应用于各种工业领域。随着各行业的发展,对Inconel 625合金的性能要求越来越高,因此进一步改善Inconel 625合金的组织及性能非常必要。本文总结了近7年国内外学者对Inconel 625合金成型制备、组织性能、熔盐腐蚀等方面的研究,其中成型方法从3D打印技术(即增材制造)、表面改性技术等方面综述;性能方面主要总结了化学成分和热处理工艺;熔盐腐蚀方面重点讨论了氟化物盐、硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐等。最后,提出了Inconel 625合金未来的发展前景,为以后Inconel 625的研究提供了实际性的指导。

Inconel 625合金堆焊金属开裂机理研究

针对Inconel 625合金焊接热裂纹问题,文中基于大厚度堆焊裂纹敏感性评价方法对采用GTAW工艺、ERNiCrMo-3焊丝堆焊的金属进行了开裂机理研究.结果表明,堆焊金属的微观组织主要由柱状树枝晶组成,堆焊金属组织中析出相主要有Laves(Ni,Fe,Cr)_(2)(Nb,Ti,Mo)相、MC型碳化物和针状δ(Ni3Nb)相.大厚度堆焊金属组织局部存在位于一次枝晶间、沿柱状晶方向的结晶裂纹.在裂纹附近的组织及断口发现存在大量密集分布的δ相,裂纹的形成主要与结晶终了阶段形成的共晶δ(Ni3Nb)有关.Inconel 625合金堆焊金属存在以共晶Laves、共晶δ分别为终凝析出相的(1)、(2)两种凝固模式.相比较而言,结晶终了阶段发生L→γ+δ共晶反应的模式(2)热裂纹敏感性较大,从而造成Inconel 625合金开裂.

Inconel 625合金在富氧高温熔渣中的腐蚀行为

针对镍顶吹熔炼喷枪使用寿命低的问题,以Inconel 625合金为替代材料,采用挂片试验,研究了该合金在氧气流量为15000~42000 Nm^(3)/h,熔渣温度1400℃下的腐蚀行为及机理.采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、电子探针及显微硬度计等分析了试样的组织形貌、元素分布及硬度.结果表明:15~20 h时Cr_(2)O_(3)等氧化膜的形成阻碍了氧化腐蚀的进行;合金的严重腐蚀区域发生在表面0~250μm,250~1650μm为热影响区;富Nb贫Cr区优先被腐蚀,随着由Cr_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、Cr_(2)S_(3)、Nb_(0.1)Ni_(0.9)、[Mg、Fe]_(2)SiO_(4)等构成的复杂氧化膜体系的不断形成与分解,合金中各主要元素不断腐蚀脱落,且氧化膜中的Mg、S元素来源于熔渣;腐蚀后的合金表面硬度明显降低.

固溶处理对CMT电弧熔丝增材Inconel 625合金组织与性能调控

对冷金属过渡(CMT)的电弧熔丝增材方法制备的Inconel 625合金试样进行不同温度的固溶处理.研究了固溶处理对所制备的Inconel 625合金的微观组织和力学性能的影响规律.结果表明,沉积态主要为沿沉积方向生长的柱状枝晶,基体组织主要为γ奥氏体相,在晶粒内和晶界上呈块状或链状分布着大量第二相Laves相以及微小MC颗粒.固溶温度低于1000℃时,Laves相和碳化物溶解缓慢,此时固溶处理对合金组织性能的影响较小;当固溶处理温度增加至1200℃时,第二相碳化物溶解,晶粒剧烈长大,并出现大量孪晶界,合金的硬度和抗拉强度有一定程度下降,屈服强度显著下降,断后伸长率显著提升.创新点:(1)研究了热处理工艺对CMT电弧熔丝增材Inconel 625合金组织与性能的影响.(2)阐明CMT电弧熔丝制备Inconel 625合金经过不同温度固溶处理的组织演变规律.

国产镍基Inconel 625堆焊材料的力学性能与耐腐蚀性能

对国产Inconel 625型镍基材料的耐腐蚀性能进行研究,从国产镍基Inconel 625堆焊焊材的堆焊层取样,分别进行化学成分、剪切、弯曲、硬度等试验,化学成分和力学性能均满足技术要求;堆焊层进行晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀开裂(SCC)等试验,耐腐蚀试验数据较好,耐腐蚀性能优良。

粘结剂喷射成形多孔Inconel 625合金的孔隙结构及力学性能研究

采用粘结剂喷射成形与粉末烧结技术相结合制备多孔Inconel 625合金制品,研究了烧结温度对多孔试样的孔隙率、气孔特征、微观结构、烧结颈和拉伸性能的影响。首先采用粘结剂喷射成形技术制备生坯,然后进行脱脂烧结得到多孔试样,通过光学显微镜、扫描电镜对金相和拉伸断口形貌进行表征,对气孔特征、微观结构和烧结行为进行分析,利用阿基米德排水法和拉伸试验分别对孔隙率和力学性能进行表征。试验结果表明,烧结温度由1150℃升高至1280℃,烧结制品的孔隙率由24.8%降低至8.63%,抗拉强度由316 MPa提高至515 MPa,在1250℃烧结时可获得最佳综合性能,孔隙率为17.16%,拉伸强度达到451 MPa。该方法为多孔材料的制备提供了新思路,并为粘结剂喷射成形Inconel 625多孔材料,烧结温度对孔隙结构和力学性能的影响规律提供了参考。

固溶处理中冷却方式对Inconel 625组织与性能的影响

为提高625合金的综合性能,通过改变固溶处理的方式,采用硬度计、拉伸试验机、电化学工作站、光学显微镜、扫描电子显微镜等设备对Inconel 625合金进行研究,探讨了5种不同热处理工艺对合金的微观组织演变规律及力学性能、腐蚀性能的影响。结果表明:原始状态的Inconel 625合金组织主要为奥氏体组织,合金硬度较高,但耐蚀性能较差。经过1090℃固溶处理、水冷后,晶界处保留了热处理过程中析出的碳化铌,提高了合金的腐蚀性能;经过空冷或炉冷,合金内重新析出碳化铬,导致合金腐蚀性能下降;特殊工艺处理可以有效提高合金的抗腐蚀性能,且在不降低强度的前提下提高材料的塑性。研究成果可为生产中优化Inconel 625合金热处理工艺进而提升材料综合性能提供有效依据。

HVAF喷涂Inconel 625涂层在生物质发电环境的高温腐蚀行为

秸秆等生物质焚烧发电时产生的含氯气体和碱金属氯化物腐蚀使受热面金属管道的服役寿命比煤电机组显著降低。管材表面堆焊镍基耐腐蚀合金的技术尽管可显著提高管道服役寿命,但存在工作效率低、不适合现场施工、管道热变形等诸多问题。采用可现场施工的空气超音速火焰喷涂(HVAF)在TP347H耐热钢表面,制备了Inconel镍基耐高温腐蚀涂层,研究了TP347H耐热钢喷涂Inconel 625合金涂层前后的长期高温腐蚀特性(550℃,500 h),验证了HVAF Inconel 625合金涂层的高温含氯腐蚀防护作用。显微观察结果表明,优化工艺参数条件下HVAF涂层组织致密、孔隙率低至0.72%,与基材结合良好。腐蚀增重结果表明,采用HVAF制备Inconel 625合金涂层后,TP347H耐热钢的腐蚀增重降低7.6倍,耐腐蚀性能显著提升。冲蚀试验结果表明,HVAF Inconel 625合金涂层在最初阶段由于表层凸起颗粒的剥落而冲蚀性能极低,进入稳定阶段后耐冲蚀性能提高,与TP347H基材的耐冲蚀性能相当。

焊道间隔冷却时间对Inconel 625温度场的影响

针对热丝脉冲TIG(HPTIG)堆焊Inconel 625合金,基于Abaqus软件平台、Fortran和Python语言开发程序,实现移动热源加载和焊缝单元逐次有序填充,建立温度场有限元模型,通过仿真验证模型的准确性。着重探讨焊道间冷却时间对焊缝温度梯度、冷却速率的影响规律。结果表明:当焊道间冷却时间较短时,随焊道数量增多,热累积效应逐渐显著,焊缝的冷却速率、温度梯度逐渐降低;随焊道间冷却时间增加,热输入量和散失量趋于动态平衡,焊缝的冷却速率、温度梯度逐渐趋于一致。

Inconel 625熔敷金属抗Cl^(−)腐蚀行为分析

为了分析Inconel 625熔敷金属在Cl^(−)腐蚀液中的腐蚀行为,采用静态浸没腐蚀和慢应变速率拉伸的方法,研究了不同温度下熔敷金属浸没在熔盐中的腐蚀行为以及室温应力腐蚀开裂行为.通过X-ray diffractiong(XRD),S-3400N扫描电子显微镜系统地研究了熔敷金属的腐蚀产物物相组成、腐蚀形貌和元素分布.结果表明,在静态浸没腐蚀时,两种温度下熔敷金属腐蚀失重均呈现出递增的变化趋势,但是不同时间区间的增加幅度有所不同.前10 h熔敷金属的腐蚀失重缓慢增加,10~60 h腐蚀失重激增,可以发现10 h是腐蚀行为的分界点.700℃下熔敷金属的耐蚀性优于900℃,其原因在于700℃时熔敷金属表面出现致密MgO壳层,能够阻碍腐蚀反应进行;而900℃时,由于CrCl_(3)的存在,出现“破壳效应”,破坏MgO壳层,使其耐蚀性下降.对于慢应变速率拉伸而言,腐蚀介质中试样的抗拉强度比在空气介质中降低22.97%,应力腐蚀开裂敏感性指数为30.39%,说明腐蚀介质中的Cl^(−)会增大试样的应力腐蚀开裂敏感性.

堆焊层数对热丝脉冲TIG堆焊Inconel 625的腐蚀性能研究

为了研究热丝脉冲TIG(惰性气体钨极保护焊)堆焊不同层数Inconel 625后堆焊层的腐蚀性能差异,在20钢基体表面分别堆焊单层和双层Inconel 625,通过电化学试验、晶间腐蚀试验和EDS成分分析,对不同层数堆焊层的腐蚀性能进行了对比分析。结果表明:其bode谱中双层堆焊的相位角为80°,单层堆焊和基材的相位角分别下降5°和20°,双层堆焊的阻抗模量与频率的斜率最大,其次是单层堆焊的,基材的最小;基材的容抗弧最小且存在Warbug扩散,双层堆焊的容抗弧最大,单层和双层堆焊较基材的自腐蚀电位分别提高了374.0 mV和392.0 mV,腐蚀电流密度分别下降约99.3%和99.8%,双层堆焊的点蚀电位较单层的提高了430 mV。晶间腐蚀试验后,堆焊层均未出现明显晶间腐蚀而表现为点蚀,双层堆焊的腐蚀失重约为单层的1/5,腐蚀沿柱状晶间贯穿。堆焊层间融合区以及与基体交界处的合金元素变化显著,层内分布均匀,双层堆焊的Fe元素含量低于单层堆焊的,具有更好的耐腐蚀性能。

水下生产设施用Inconel 625技术要求的构建

针对水下生产设施用耐腐蚀合金Inconel 625的化学成分、力学性能等技术要求缺少系统性考虑的问题,通过对相关标准规范的分析和实际水下油气开发工程项目实践经验的总结,分别提出Inconel 625纯材和在碳钢表面堆焊Inconel 625的技术要求。

电弧轨迹对CMT电弧增材制造Inconel 625合金厚壁件组织与性能的影响

采用以冷金属过渡(CMT)电弧为热源的增材制造技术制备Inconel 625合金厚壁件,对比研究了摆动与两道多层电弧轨迹下厚壁件的显微组织和性能。结果表明:在摆动电弧轨迹增材制造过程中出现了飞溅现象,厚壁件表面粗糙,而在两道多层电弧轨迹增材制造过程中无明显飞溅现象,厚壁件表面光滑平整;厚壁件中树枝晶的生长方式均为外延生长,树枝晶中存在二次枝晶以及三次枝晶,且两道多层电弧轨迹下的枝晶间距小于摆动电弧轨迹下的;两道多层电弧轨迹下厚壁件的平均抗拉强度高于摆动电弧轨迹下的;摆动和两道多层电弧轨迹下厚壁件的抗拉强度各向异性百分比均很小,分别为4%,4.5%,厚壁件的断裂类型均为韧性断裂。

生物质锅炉超高速激光熔覆Inconel 625涂层抗高温腐蚀性能

为缓解生物质焚烧发电过程中金属管道受热面的高温腐蚀问题,实现锅炉内长期纯烧/掺烧生物质,利用超高速激光熔覆技术在TP347钢管表面制备了Inconel 625合金防护涂层。利用SEM、EDS等表征手段分析了熔覆层的显微组织及元素偏析特征;通过自制的模拟生物质锅炉真实环境的高温腐蚀测试装置,对比研究了TP347耐热钢与Inconel 625熔覆层在550℃高温下的长期腐蚀行为。结果表明:工艺优化后的超高速激光熔覆Inconel 625涂层内部无明显缺陷,且与TP347钢基材形成良好的冶金结合界面;涂层组织由细小的固溶γ-Ni相和晶界偏析相组成,显微硬度为HV341;涂层内部的成分偏析较小,晶界偏析相中Ni、Cr合金元素未明显下降;2种试样的腐蚀增重随时间均呈线性增长,而Inconel 625涂层在550℃高温下500 h的腐蚀增重仅为TP347耐热钢的1/62,主要源于其较低的Fe含量和界面均匀腐蚀特征。通过超高速激光熔覆制备Inconel 625合金防护涂层,可有效提高生物质焚烧锅炉中管道受热面的耐腐蚀性能。

CuCrZr/Inconel 625电子束焊接接头组织与性能

对CuCrZr/Inconel 625管件进行不填丝电子束对接焊试验,观察分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析.结果表明,当偏束距离为0.6和0.8 mm时,CuCrZr/Inconel 625接头焊缝成形良好,均呈现出上、下宽,中间窄的哑铃型;随着偏束距离的增大,焊缝中的Cu含量增加;CuCrZr/Inconel625管件接头焊缝中的相主要是圆球形的Ni基固溶体以及作为基体的Cu固溶体,使得焊缝具有较好的综合力学性能.当偏束距离0.8 mm时,试样最大抗拉强度达到304 MPa,断裂于CuCrZr侧热影响区.

梯度纳米结构Inconel 625合金的形成机理及磨损行为

采用SEM、TEM和球盘式滑动磨损机研究梯度纳米结构(GNS) Inconel 625合金的形成机理和磨损行为。结果表明,表面机械研磨处理(SMGT)诱导产生深度约为800μm的梯度结构,其由表层纳米晶层、纳米层片层、纳米孪晶层和严重变形层组成,对应的显微硬度由6.95 GPa (最表层)梯度降低到2.77 GPa (粗晶基体)。同时,高密度纳米孪晶的形成以及随后的纳米孪晶与位错之间的交互作用导致纳米晶层的形成。经SMGT处理样品的磨痕宽度和深度、磨损量和磨损率均小于未处理粗晶样品的;此外,两种样品的磨损机制主要是磨料磨损和粘着磨损,并伴有轻微的氧化磨损。GNS Inconel 625合金耐磨性的显著增强归因于GNS表层具有高显微硬度、高残余压应力和高应变能力。