脉冲激光熔覆Inconel 718涂层热行为数值模拟及其对显微组织的影响

目的揭示脉冲激光作用下Inconel 718合金涂层凝固传热行为的演化机制,改善涂层中Nb、Mo元素偏析现象,提升Inconel 718合金熔覆涂层的力学性能,为优化Inconel 718熔覆涂层质量提供理论依据。方法综合考虑物性参数随温度、脉冲激光热源、粉末传输形式,以及凝固过程中相变潜热对涂层凝固热行为的影响,构建脉冲激光熔覆传热模型。基于数值模拟技术和激光熔覆试验,利用VHX-2000电子显微镜对涂层显微组织形态进行分析验证,采用日立SU8010场发式扫描电镜观察分析显微组织和元素偏析情况,并使用显微硬度计测试涂层的硬度值。结果由数值模拟分析结果可知,脉冲激光涂层的冷却速度、温度梯度、凝固速度均大于连续激光涂层,其枝晶生长细密且No、Mo元素呈弥散分布,显微组织自底向顶以平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴枝晶等形式存在,Laves相的体积分数降低至2.93%,在细晶强化和固溶强化作用下,熔覆涂层的平均显微硬度提升至307HV0.1。结论脉冲激光涂层热行为数值模拟分析结果符合Inconel 718涂层组织形态快速凝固变化的规律,数值模型可靠。脉冲激光形成的高冷却速度和高温度梯度,能在一定程度上抑制Inconel 718合金涂层中Nb、Mo元素的偏析,离散并细化γ枝晶组织,降低Laves相的体积分数,显微组织在细晶强化和固溶强化双重作用下,提升涂层的力学性能。

Mn含量对Inconel718板材焊接接头组织性能的影响

采用w[Mn]<0.01%、0.24%、0.34%三种不同合金的固溶态Inconel718热轧板材进行直流脉冲电弧焊接,经双级热时效处理后进行室温拉伸实验,研究Mn含量的变化对焊接接头微观组织及时效态力学性能影响规律。结果表明,三种不同Mn含量焊接接头组织中只存在Laves相,没有δ相析出,随着w[Mn]由<0.01%提高至0.34%,焊接接头中Laves相析出体积分数略有增多。经过双级热时效处理后,γ’’开始析出,焊接接头组织中Laves相含量略有减少。与时效态母材拉伸性能相比,焊接接头拉伸强度和伸长率有所降低。且随着Mn含量的增加,时效态焊接接头拉伸性能略有降低,抗拉强度由1250 MPa小幅降低至1178 MPa和1213 MPa,三种不同Mn含量的焊接接头时效态拉伸样品断裂位置皆为焊缝区域,且均为韧性断裂。

Inconel 718合金激光增材修复关键工艺优化

为了进一步优化制备试样的成形质量并延长其服役寿命,首先探究了工艺参数对激光增材修复Inconel 718合金成形质量及力学性能的影响,采用正交设计试验方法进行Inconel 718合金单道沉积层熔覆试验,观察了不同工艺参数下单道熔覆层的表面形貌并测量其宽度和高度,通过极差值与排序结果,分析工艺参数对单道熔覆层几何形状的影响规律,得到3个主要的工艺参数对单道熔覆层形貌的影响排序,从而获得最优的工艺参数组合;之后,利用调控后的工艺参数成功制备出无裂纹、孔隙等缺陷的块状Inconel 718合金试样,选择激光功率为主要探究因素,研究激光功率对熔覆块状Inconel 718合金显微组织、硬度、抗拉强度和断后伸长率的影响,构建工艺参数,显微组织与力学性能间的联系.结果表明,激光功率和粉末供给速率分别为影响熔覆高度和宽度的主要因素;当激光功率为1600 W,扫描速度为12.5 mm/s,送粉速率为8 g/min时,由于温度梯度和冷却速度的影响,熔覆试样的微观组织致密、晶粒细小,枝晶间距适当,具有优异的抗拉强度和断后伸长率.

基于本构模型的Inconel 718材料动态力学响应分析

Inconel 718常用于航空航天、汽车以及医疗设备领域,其高强度和低导热性造成大切削力和高切削温度,是一种典型的难加工材料。本文通过分离式霍普金森压杆试验得到了常温下Inconel 718的真实应力-应变曲线,通过高温硬度试验得到了该材料在不同温度下的热软化率。利用激光热导试验获取不同温度下Inconel 718的比热容和热导率,结合真实应力-应变曲线计算不同应变下的实际变形温度。利用热软化率将变温状态下的真实应力-应变曲线修正为等温状态下的应力-应变曲线,实现了应变和温度的解耦。基于Johnson-Cook和Power-Law本构模型对上述试验结果进行了拟合,结果表明,在低应变率下Power-Low本构模型的拟合精度更高,而在高应变率下Johnson-Cook本构模型的拟合精度更高。最后通过有限元仿真探究了应变、应变率、温度单独作用下,Inconel 718材料力学性能的响应机制,发现应变对应力的影响最大,温度次之,应变率对应力基本没有影响。

MIG电弧增材Inconel 625合金组织特征

采用MIG电弧增材制造技术制备了Inconel 625合金堆焊层,利用高速摄像系统观察研究镍基合金熔滴过渡特征与熔池行为,并对堆焊层不同位置的微观组织、析出相组成及分布规律进行了分析。结果表明,堆焊层微观组织结晶形态以具有一定方向性的柱状枝晶为主,底部为细小胞状晶,随着堆焊层数增加,枝晶主干变得粗大并带有二次枝晶;堆焊层由γ-Ni固溶体、亮白色不规则Laves相及黑色颗粒状MC碳化物组成;不同位置析出相的分布特征也不相同,在堆焊层底部与顶部Laves相呈弥散分布,而中上部Laves相以链条状沿枝晶生长方向分布。显微硬度表明,堆焊层下部区域硬度相对较高,沿堆积方向整体呈降低趋势。

Inconel625合金和TC11合金的短电弧加工特性分析

利用短电弧加工系统对Inconel625合金和TC11合金在不同电加工参数下加工,研究了电参数的变化和电加工高温对该材料的加工性能、金相组织及硬度变化的影响。结果表明:该加工技术对两种难加工材料均具有较明显的去除率,高电压加工去除率更高,但加工表面较粗糙,而低电压加工会获得较好的表面质量。受电加工热能影响,材料金相组织均发生转变,晶粒细化明显,Inconel625合金形成318.6μm厚的热影响层,其硬度提升16.9%;TC11合金形成175.2μm厚的热影响层,其硬度提升32.8%,两种材料的性能变化均能满足后续的精加工要求。

Inconel625合金在200~600℃下力学性能及本构方程研究

研究了Inconel625合金在200~600℃的力学性能变化,利用SEM、万能材料试验机等仪器分析温度对Inconel625合金抗拉强度的影响。结果表明:Inconel625合金在200~600℃抗拉强度随着温度的升高逐渐降低,600℃时抗拉强度保留率为室温的87.7%,断裂机制由韧性断裂逐步演变为脆性断裂。开展了不同温度、不同应变速率下的高温拉伸试验,根据试验结果推导出了Inconel625合金在热变形过程中的本构方程,将实测值与预测值进行了对比,验证本构方程的准确性,其相对误差最大为6.04%,具有很好的吻合度。

Inconel 718高温合金表面铝化物涂层的制备及其形成机制

Inconel 718高温合金表面制备的铝化物涂层的组织结构及其形成机理,是提高该高温合金抗高温氧化和耐腐蚀性能的关键。采用化学气相沉积法在高温合金Inconel 718表面制备了铝化物涂层,通过结合使用材料热力学模拟软件JMatPro、X射线衍射仪、X射线能谱仪和扫描电子显微镜等表征手段,详细研究了铝化物涂层的微观组织结构。研究结果表明:在1 050℃温度条件下,经过1.5 h反应,Inconel 718表面生成了双层结构的铝化物涂层,其外层厚度为14.1μm,主要由β-NiAl相组成,内层厚度为5.9μm,由σ相和Laves相组成;外层的β-NiAl相形成是由Inconel 718高温合金中的Ni元素外扩散至表面后,与环境中的卤化铝反应而生成的;大量的Ni元素外扩散导致高温合金中的γ-Ni相减少,当高温合金中Ni元素的含量(原子分数)减少至49%时γ-Ni相中开始析出Laves相,当Ni元素的含量减少至40%时σ相也开始析出,当Ni元素的含量最终降至9%时Inconel 718高温合金完全转变成由σ相和Laves相组成的铝化物内层。研究结果深入揭示了涂层形成的机理,为优化铝化物涂层制备工艺提供了重要的理论基础。同时,对于Inconel718高温合金的高温稳定性和腐蚀性能的提升具有实际应用价值。

轧制拉拔对Inconel 625线材组织结构及性能的影响

为明确自主研发Inconel 625焊丝的优势与不足,并为优化焊丝生产工艺提供科学依据。应用SEM、XRD、室温拉伸试验和显微硬度测试等方法,分析了Inconel 625焊丝在轧制拉拔工艺后的微观组织和力学性能。结果发现,Inconel 625合金为单一的奥氏体相;变形织构使得轧制和冷拔线坯个别衍射峰强度明显升高。不同线坯的横截面金相组织为等轴晶,热轧和冷拔线坯含形变孪晶,拉拔软态线坯存在大量退火孪晶。热轧态Inconel 625线坯经固溶处理显微硬度为219.33 HV0.5;固溶处理温度和时间控制不准确会使线坯局部出现晶粒异常长大;冷拔硬态线坯硬度值受加工硬化影响增大至522.32 HV0.5,延伸率降低至4.37%。退火处理消除了合金内应力和加工硬化,使得拉拔软态线坯的最小平均晶粒尺寸从硬态的2.66μm增长至9.5μm,延伸率达到65.13%,抗拉强度为418.92 MPa。试验结果证明,自主研发的Inconel 625焊丝的各项指标均达到国内外标准要求,说明通过精确控制加工和热处理工艺,可以有效提升焊丝的性能。

CVD法制备Inconel 718高温合金表面铝化物涂层高温氧化行为研究

Inconel 718高温合金是燃气轮机和航空发动机热端部件的关键核心材料,其表面通常制备有铝化物涂层,起到提高抗氧化和热腐蚀性能的作用。理解铝化物涂层的高温氧化行为,是提高部件抗高温氧化能力的关键。采用化学气相沉积(CVD)技术,在Inconel 718高温合金表面制备了铝化物涂层,在大气环境、950℃条件下开展了恒温氧化测试,采用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线能谱等手段,研究了其高温氧化行为,并与Inconel 718高温合金进行对比。结果表明:Inconel 718高温合金表面制备的CVD铝化物涂层,其表面粗糙,具有双层结构。外层为富含Ni和Al元素的β-NiAl层,平均厚度为14.1μm,内层为富含Fe和Cr元素的σ相与富含Nb、Mo和Fe元素的Laves相共存的互扩散层,平均厚度为5.9μm。恒温氧化后,Inconel 718高温合金表面氧化生成了Cr_(2)O_(3)膜,而CVD铝化物涂层表面氧化生成了α-Al_(2)O_(3)膜。Cr_(2)O_(3)膜和α-Al_(2)O_(3)膜的生长都遵循抛物线型生长规律,Cr_(2)O_(3)膜的生长速率常数为0.86μm·h^(-1/2),α-Al_(2)O_(3)膜的生长速率常数为0.15μm·h^(-1/2)。此外,观察发现Inconel 718高温合金发生了内氧化,而CVD铝化物涂层未出现内氧化,两者氧化行为差异的原因在于CVD铝化物涂层中的β-NiAl相,其氧化生成均匀、连续、致密的α-Al_(2)O_(3)膜,阻止了内部金属发生进一步氧化。本研究揭示了Inconel 718高温合金和CVD铝化物涂层的抗高温氧化作用机理,为Inconel 718高温合金用高抗氧化性CVD铝化物涂层的制备及应用提供了技术支撑。

晶粒尺寸对Inconel 718薄板塑性微变形行为的影响:实验与建模

随着航空航天工业的迅速发展,对微型化Inconel 718薄板构件的需求越来越大。然而,晶粒尺寸显著影响金属薄板的塑性变形行为,在很大程度上限制了Inconel 718薄板构件的生产和应用。本文对不同晶粒尺寸的Inconel 718薄板进行了一系列单轴拉伸试验和扫描电镜实验,研究了晶粒尺寸对其塑性变形行为的影响。通过EBSD技术表征了晶粒尺寸、晶粒取向和晶粒平均取向偏差,阐明了晶粒尺寸效应的变形机制。研究结果表明,随着晶粒尺寸的增大,在拉伸应力作用下,晶粒旋转和协调变形机制减弱,取向转变为<232>的晶粒数量逐渐减少,从而导致屈服强度和最大抗拉强度显著降低;此外,随着晶粒尺寸的增大,晶粒内部的塑性变形明显减弱,晶界滑动逐渐成为拉伸过程中主要的变形机制,导致断裂应变减小,韧性断裂特征减弱。本文综合考虑晶粒尺寸和应变量影响,建立了能够应用于Inconel 718薄板的微成形研究的混合材料本构模型。

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。

Inconel718合金激光熔覆Co/TiN复合涂层摩擦学及氧化行为

为了研究拓展Inconel718合金在高温环境下的应用,使用激光熔覆在其表面制备Co/TiN复合涂层,并结合XRD、SEM和EDS等分析方法,探究其在室温和600℃下的摩擦学行为及800℃下的抗氧化性能。结果表明:制备的涂层硬度相对基体有所提高,约为基体的1.3~1.4倍。另外,涂层中的物相主要为固溶体及金属间化合物。对涂层的摩擦学性能进行测试,当TiN添加量为4%(质量分数,下同)时,涂层的减摩性能最好;而添加量为6%时,涂层的耐磨性最好,磨损率最大可降低90.02%。此外,氧化实验表明:Co/TiN复合涂层具有一定的抗氧化性能,氧化速率为8.7634mg^(2)·cm^(-4)·h^(-1),与基体相差不大。由此说明该复合涂层在保留基体抗氧化性的同时,能够大幅降低高温下的磨损率,且磨损率随着TiN的增加而减小。通过磨损机理分析可知,在600℃下各涂层均发生氧化磨损,其表面氧化膜的产生一定程度上也有助于降低磨损率。

振幅对Inconel600合金线接触微动滑动磨损行为的影响

采用SRV-Ⅳ高精度微动-滑动磨损试验机研究了振幅对核反应堆蒸汽发生器传热管用Inconel600合金磨损行为的影响。结果表明,常温常压下无润滑线接触式微动滑动磨损存在一个临界振幅。当振幅小于临界值时,摩擦系数随振幅的增大而线性增大,但磨痕深度变化相对很小;达到临界振幅时摩擦系数最大;振幅大于临界值时,随着振幅增大摩擦系数略有降低,但磨痕深度显著增大。振幅在临界值以下时,磨痕表面的氧化程度较低,磨痕中铁元素分布明显高于磨痕中间区域;振幅大于临界值时,磨痕表面氧含量较高。从磨痕表面向内分别为氧化层、变形层和基体。变形层晶粒呈扁平状,越靠近表面变形程度越大,严重变形的晶粒内部有明显的滑移带。

12Cr2Mo1锻件带极埋弧堆焊Inconel625工艺研究

为保证12Cr2Mo1锻件带极埋弧堆焊Inconel625质量达到设计文件要求,对锻件基材和Inconel625焊接性能进行了分析,模拟承制产品实际生产状态进行堆焊工艺评定试验,采用周向堆焊和直道堆焊相结合的方法制备评定试件,对堆焊层化学成分、弯曲性能、硬度指标、金相组织、耐腐蚀性能进行了检测。试验结果表明,采用EQ62-50/ES200的焊带/焊剂组合可以获得性能优良的堆焊层。对堆焊层进行腐蚀速率检测,其焊态试样腐蚀速率为1.50 mm/a,固溶态试样腐蚀速率为1.17mm/a,两者之比为1.28,满足JB/T 4756—2006标准规定比值小于或等于1.5的要求。根据评定合格的焊接工艺对热高分气/循环氢换热器管板进行了堆焊,堆焊产品已稳定运行三年,未出现焊接缺陷和腐蚀缺陷。

Corrosion behavior of HVOF Inconel 625 coating in the simulated marine environment

High velocity oxygen fuel(HVOF)spraying process is commonly used to produce superalloy coatings.Inconel 625 coating was prepared on Q235B low carbon steel by HVOF.A series of experiments were conducted to examine the surface and corrosion resistance properties of Inconel 625 HVOF coating.In this paper,potentiodynamic polarization tests and electrochemical impedance spectroscopy(EIS)tests were carried out to evaluate the corrosion resistance of Inconel 625 coating under simulated marine environment.The experiment-al results showed that Inconel 625 coating revealed low porosity and desired coating thickness.Shift in the corrosion potential(E_(corr))to-wards the noble direction combined with much low corrosion current density(i_(corr))indicating a significant improvement of HVOF Inconel 625 coating compared with the substrate.

Inconel783合金的抗裂纹扩展性能简介

Inconel783合金是一种控制低热膨胀、抗氧化的γ-γ′-β合金,在空气环境中具有持续载荷抗裂纹扩展的能力。抗环境裂纹扩展性可由成分(优化的Co/Ni比和Cr含量)和热处理的控制获得。抗裂纹扩展性在应力强度为20-60MPa范围内基本上与Inconel718合金相当。

选区激光熔融Inconel 718的微铣削加工参数优化

选区激光熔融(SLM)Inconel 718成形件广泛应用于航空航天、汽车轨交和石油化工等领域,但成形件表面精度较差,需通过切削提升表面精度。以表面粗糙度为优化目标,开展了以主轴转速、切削深度、每齿进给量为变量的三因素四水平微铣削正交实验,通过极差分析研究了主轴转速、切削深度及每齿进给量对表面粗糙度影响的显著性。结果表明,在n=15000 r/min、ap=60μm、f=1μm/z的加工参数下,SLM成形件的表面粗糙度值最低。优化后的参数组合为SLM Inconel 718的微铣削加工提供了参考。

深冷处理对Inconel 617合金组织和力学性能的影响

深冷处理方法由于操作简单,价格低廉且对材料性能改善明显目前被广泛应用.采用深冷处理方法对Inconel 617合金进行了不同处理时间和次数条件下的试验.利用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)分析了Inconel 617合金的微观组织结构,采用万能拉力试验机进行了室温下的拉伸试验.结果表明:深冷处理后Inconel 617合金的晶粒尺寸得到了细化.单次深冷处理12、24 h后合金的小角度晶界分数增大,这有助于合金拉伸强度和塑性的提高.但是深冷处理后合金中析出了大量的碳化物,降低了其强度.

Cu掺杂对Inconel 718合金Laves相稳定性的影响

采用第一性原理计算与实验相结合的方法,研究了Cu掺杂对Inconel 718合金中Laves相的影响。构建了Laves相Fe_(8)Nb_(4)晶胞的掺杂模型,计算分析了Cu掺杂前后体系的平衡晶格常数、形成热、结合能、电荷差分密度以及弹性常数等。计算结果表明,Cu元素掺杂Laves相后,体系发生晶格畸变,稳定性降低;Cu原子掺杂增加了Laves相的硬度,但对体系塑性的影响比较复杂。实验结果表明,Cu能够固溶到Laves相中,降低Laves相的固溶温度,Cu掺杂Laves相导致体系原子间结合强度的降低是造成Laves相固溶温度降低的本质原因。