超临界汽轮机低压转子0Cr17Ni4Cu4Nb钢叶片断裂原因

某超临界汽轮机低压转子次末级0Cr17Ni4Cu4Nb钢叶片发生断裂。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜及能谱分析、金相检验、硬度测试等方法分析了叶片断裂的原因。结果表明:在灵活性运行工况下,机组承受的载荷频繁发生变化,造成低压缸进汽量和汽流频繁大幅波动,导致长叶型的次末级叶片在运行过程中发生颤振;次末级叶片的叶根尺寸与叶根槽不匹配,使叶根松动、叶片晃动,加剧了叶片的颤振;在两种因素共同作用下,机组出汽侧近叶根的应力集中区域萌生了裂纹,在叶片颤振产生的交变应力作用下,裂纹以疲劳的形式不断扩展,最终导致叶片整体断裂。

晶粒尺寸对界面含Cr-O-C防黏层Cu/Ni复合体拉伸性能的影响

通过分子动力学方法研究含Cr-O-C防黏层的具有不同晶粒尺寸的Cu/Ni复合体的拉伸变形。结果表明:当Cu/Ni复合体的晶粒尺寸大于12 nm时,不论界面不含Cr、O和C原子或含有定量Cr、O和C原子,复合体的屈服强度随着晶粒尺寸的减小呈现增大趋势,符合细晶强化规律,晶粒塑性变形主要受晶体内部的位错滑移控制,最大应力增加9.52%;当晶粒尺寸小于12 nm时,由于晶界所占比例的增加,拉伸过程的塑性变形更多受晶界变形控制,屈服强度下降。Cr-O-C界面弱化了Cu/Ni复合体的强度,随着界面上Cr、O和C原子数量的增加,Cu/Ni复合体的抗拉强度随之降低,最大应力下降56.40%,Cu/Ni复合体内部的位错数量也随之降低,转移到Ni表面的Cu原子数量随之减少。

铸态Cu-1.16Ni-0.36Cr合金热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500型热模拟试验机,研究了Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在变形量为50%、变形温度为750~950℃、变形速率为0.01~10 s^(-1)下的热压缩变形行为,建立该合金热变形的本构方程和热加工图。结果表明:Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在700~900℃的变形温度下以动态回复为主,在950℃下发生完全的动态再结晶。通过真应力应变曲线得到了该合金热变形的本构方程和热加工图。根据应变对流变应力的影响对本构方程进行修正,通过修正后的回归方程对流变应力进行模拟,模拟结果与实验结果吻合。热加工图表明,该合金适宜的热变形工艺参数为900~950℃和0.1~1 s^(-1),其中950℃和1 s^(-1)变形条件下组织状态最佳,为晶粒细小均匀的等轴晶。

基于Cr-O-C钝化层改变多晶Cu表面能和表层位错的脱模力与脱模精度

Cr-O-C钝化层可以提高精密电铸脱模精度,但Cr-O-C钝化层对基底表面的钝化规律和对表层的影响尚未清楚。利用分子动力学方法,在多晶Cu表面沉积离散的Cr、O和C原子,获得不同比例和数量的Cr-O-C钝化层。计算结果表明,不同比例的Cr、O和C原子均可以大幅降低多晶Cu的表面能;随着原子数量的增加,多晶Cu的表面能呈下降趋势;Cr-O-C钝化层增加了多晶Cu表层的位错密度;新增加的位错以Shockley位错为主;在一定沉积原子数量内,位错密度有极值。在多晶Cu表面电沉积不同密度的Cr、O和C原子,通过接触角测试验证了Cr-O-C钝化层降低多晶Cu表面能的结论。电沉积脱模强度和脱模表面粗糙度结果显示,随着沉积原子数的增加,脱模强度和脱模表面粗糙度均降低。研究结果可为利用离散Cr-O-C界面辅助精密电铸脱模提供一种解释。

冷变形及时效处理对Cu-0.3Zr-0.2Cr合金组织与性能的影响

采用真空熔炼法制备Cu-0.3Zr-0.2Cr合金,将其热锻后在900℃进行固溶处理,随后进行轧制量30%与60%的冷轧处理,之后再对合金进行(400~550℃,0~360 min)的时效处理;对时效处理后合金进行性能测试及显微组织观察。结果表明:固溶后的合金再经过60%的冷轧+450℃时效120 min后拥有较好的性能,硬度可达179HV,抗拉强度为467 MPa,导电率为88.5%IACS,伸长率为12.1%,此时合金主要存在Copper织构;在450℃时效360 min后合金的主要织构转变为Brass织构,织构的转变对合金的延展性有一定的影响;时效处理后,基体析出大量纳米尺寸的Cr相,这导致合金的强度与导电率大幅升高。

热处理对Cu-Ni-Cr-Si合金性能提升的机理研究

为了深入了解Cu-Ni-Cr-Si系列合金的综合性能,对比分析了Cu-Ni-Cr-Si合金热处理前后合金的显微硬度、拉伸性能以及显微组织等的变化规律。研究发现,热处理后的Cu-Ni-Cr-Si合金的拉伸性能明显提升,显微硬度也呈现出相同的变化趋势。Cu-Ni-Cr-Si合金是典型的沉淀时效强化合金,热处理过程中溶质原子扩散,从而形成析出相,细小、弥散的析出相分布在合金的晶界中会阻碍位错运动,从而提高了合金的力学性能。显微组织研究发现,热处理后晶粒的尺寸显著变大,与此同时热驱动力促使析出相生成,一般为Ni/Si相和Cr/Si相,析出相具有较高的硬度,合金的显微硬度在热处理之后也会有显著提升。电子背散射衍射(EBSD)分析发现,热处理之后小角度晶界转变为大角度晶界,局域取向差降低,推断位错密度降低。除此之外,溶质原子Cr、Ni、Si从基体中析出,对基体具有一定的净化作用,导电率由29.665%IACS提高到35.124%IACS。

预时效工艺对Cu-Cr-Zr合金力学性能和电学性能的影响

高强高导铜合金经过塑性加工后通常具有高强度,但会严重损失塑性。因此,需要开发新工艺,从而不断提升铜合金的力学性能和电学性能。对固溶态Cu-0.7Cr-0.19Zr合金进行冷轧处理(样品SR),分别采用低温预时效、高温单级时效、低温预时效结合高温时效3种不同的处理工艺制备样品,样品分别命名为SRP, SRA和SRPA。对4种样品的微观组织、强度、塑性和导电率进行了测试。结果表明,时效处理并未造成明显再结晶,保留了超细晶结构及高密度位错。与样品SR相比,单级时效与双级时效均可促成力学与电学性能的综合提升,而双级时效比单级时效更加有效。对样品的强度、塑性和导电率的影响进行了分析。

Synergistic effect of gradient Zn content and multiscale particles on the mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloys with coupling distribution of coarse-fine grains

This study investigated the influence of graded Zn content on the evolution of precipitated and iron-rich phases and grain struc-ture of the alloys,designed and developed the Al–8.0Zn–1.5Mg–1.5Cu–0.2Fe(wt%)alloy with high strength and formability.With the increase of Zn content,forming the coupling distribution of multiscale precipitates and iron-rich phases with a reasonable matching ratio and dispersion distribution characteristics is easy.This phenomenon induces the formation of cell-like structures with alternate distribu-tion of coarse and fine grains,and the average plasticity–strain ratio(characterizing the formability)of the pre-aged alloy with a high strength is up to 0.708.Results reveal the evolution and influence mechanisms of multiscale second-phase particles and the corresponding high formability mechanism of the alloys.The developed coupling control process exhibits considerable potential,revealing remarkable improvements in the room temperature formability of high-strength Al–Zn–Mg–Cu alloys.

不同固溶处理对Cu-Cr系合金组织和性能的影响

热处理工艺调控是提升Cu-Cr系合金性能的有效方法。Cu-Cr系合金的固溶工艺大多选择温度较低的Cu-Cr两相区进行,导致Cr相固溶程度不完全,抑制后续析出强化效果。本研究提出采用高温单相区固溶工艺改善析出强化效果,主要研究不同固溶工艺(Cu-Cr两相区(950℃,4 h)和Cu单相区(1050℃,6h))对Cu-Cr系合金组织和性能的影响。采用电子探针(EPMA)对两种固溶工艺后的元素分布进行表征,并对峰值时效态合金的微观结构采用XRD和TEM进行表征分析。结果表明:与两相区固溶相比,单相区固溶后铸态Cr相充分固溶,时效过程中更多纳米Cr相弥散析出;合金力学性能相比两相区固溶后峰值时效态有较大提升,其中屈服强度提升29.3%,抗拉强度提升25.6%,而导电率并未明显下降。强度理论计算结果表明,析出强化所贡献的屈服强度增量为323.4 MPa,贡献56.9%,析出强化是本研究中最主要的强化机制。

Cu-20Co-20Cr-20Ni合金在0.5 mol·L^(-1)中性Na Cl溶液中腐蚀行为研究

纳米材料因其自身独特性能而备受关注,从而引发了人们对其进行一系列的研究。采用机械合金化法(MA)和粉末冶金法(PM)制备了纳米尺寸和常规尺寸粉末,通过控制温度和压力等因素,利用真空热压烧结炉将两种不同尺寸的Cu-20Co-20Cr-20Ni粉末热压成块体合金,并利用电化学测试技术研究了它们在0.5mol·L^(-1)中性Na Cl溶液中的腐蚀行为以及纳米化对其腐蚀行为的影响。结果表明:当Cu-20Co-20Cr-20Ni合金处于0.5mol·L^(-1) Na Cl腐蚀溶液中时,纳米尺寸Cu-20Co-20Cr-20Ni合金较相应的常规尺寸合金自腐蚀电位发生正移,电荷传递电阻变大,腐蚀电流密度减小。可见,晶粒细化导致Cu-20Co-20Cr-20Ni合金的耐腐蚀性能增强。

固溶和时效处理后Cu-0.41Cr-0.2Zr合金的相分析

以Cu-0.41Cr-0.2Zr合金为研究对象,在真空熔铸和固溶与时效处理的工艺条件下,借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDXS)、透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射分析(SAED)对其进行相分析,结果表明:980℃×2 h固溶,水淬,450℃×20 h时效,空冷处理后的Cu-0.41Cr-0.2Zr合金中有三种组成相,分别为:铜基体相、富铬相和富锆相,不存在铬和锆的中间相,且相的大小呈双峰分布:粗大相的尺寸在微米数量级,细小相的尺寸在纳米数量级,均为单质铬和Cu5Zr。析出相与基体共格时,合金的抗拉强度为432 MPa,屈服强度为335 MPa,伸长率为31%,硬度为(HV0.2)131,导电率为81%IACS,部分Cr析出相与基体呈N-W的位向关系。

Effects of Cu and Co additions on the crystallization and magnetic properties of FeNbB alloy

The nanocrystalline-forming element Cu and magnetic element Co are commonly used as additive elements to tune the structure and improve the properties of alloys.In this study,four kinds of amorphous alloys,Fe_(72)Nb_(12)B_(16),Fe_(72)Nb_(12)B_(15)Cu_(1),Fe_(36)Co_(36)Nb_(12)B_(16),and Fe_(36)Co_(36)Nb_(12)B_(15)Cu_(1),were prepared by melt-spinning and annealed at various temperatures to investigate the effects of Cu and Co additions,individually and in combination,on the crystallization and magnetic properties of Fe_(72)Nb_(12)B_(16)alloy.The four kinds of alloys exhibited different crystallization behaviors with different primary crystallization phases observed.For the Fe_(72)Nb_(12)B_(16)alloy,only theα-Mn-type metastable phase formed after annealing.The addition of 1 at.%Cu and 36 at.%Co led to the observation of theα-Mn-type andβ-Mn-type metastable phases,respectively,and a reduction in the crystallization volume fraction in the metastable phase.The Fe_(36)Co_(36)Nb_(12)B_(15)Cu_(1)alloy only exhibitedα-Fe(Co)phase as a primary phase,and the addition of both Cu and Co completely inhibited the precipitation of the metastable phase.Cu clusters were found in energy dispersive spectroscopy elemental maps.Compared with other alloys,Fe_(36)Co_(36)Nb_(12)B_(15)Cu_(1)alloy with both Cu and Co exhibited a lower coercivity(Hc)below 973 K.

Cu添加量对铸态CrFeCoNiCu_(x)高熵合金显微组织和力学性能的影响

详细研究Cu添加量对铸态CrFeCoNi高熵合金显微组织演变和室温拉伸性能的影响。研究结果表明,添加Cu元素使高熵合金相结构由FCC单相转变为FCC1+FCC2双相。FCC2相是存在于枝晶间的富Cu相,且其体积分数随Cu含量的增加而提高。富Cu相的形成主要归因于Cu与其他金属元素的混合焓较大,从而导致凝固之前的液相分离。由于位错滑移的短程障碍增强,高熵合金的屈服强度和极限抗拉强度与Cu含量呈正相关关系。然而,由于位错在晶界堆积而产生的应力场叠加更为显著,因此,含Cu高熵合金的断裂应变较小。

Cu-4Ag合金微细丝拉拔极限预测模型

采用三室真空冷型竖引连铸设备制备了Cu-4Ag合金铸态杆坯,并利用连续冷拉拔变形得到了不同线径的Cu-4Ag合金微细丝,通过拉拔实验获取了不同线径下材料的屈服强度和抗拉强度;基于线径与强度的关系,构建了微细丝拉拔极限预测模型。结果表明,在拉拔过程中,Cu-4Ag合金微细丝的线径与抗拉强度密切相关,具有明显的尺寸效应;修正后的拉拔极限模型能够较为准确地预测不同线径的Cu-4Ag合金微细丝能够达到的拉拔极限。将拉拔极限模型产出的数据导入MATLAB中,构建了三维曲面模型,可以更为直观地分析材料的拉拔极限。

Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织与性能的影响

研究Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织及性能的影响。采用电火花等离子烧结、冷轧以及时效处理工艺制备4种不同铁含量(5%、10%、20%和40%,质量分数)的Cu-Fe合金。研究结果表明,随着Fe含量从5%(质量分数)增加到40%(质量分数),Fe相由离散球形分布演变为连续交错分布,Fe相尺寸从0.29μm增加到1.20μm;时效态的Cu-Fe合金的屈服强度从411.5 MPa提高到788.8 MPa,电导率从62.5%(IACS)降低到42.0%(IACS)。在以上结果的基础上,提出一种混合法则计算Cu基体、初级Fe相和次级Fe相对屈服强度的贡献,可较好地预测Fe含量高于10%(质量分数)合金的力学性能。

热处理对选区激光熔化Co-Cr合金微观组织与力学性能的影响

热处理不仅可以消除激光增材制造材过程中的热应力,还可以调控材料组织结构和力学性能。本文研究了选区激光熔化Co-Cr合金微观组织在不同热处理条件下的变化及其相应的力学性能。研究发现,打印态下合金组织为γ奥氏体,基体中存在大量层错和亚晶界组织,以及少量四方σ-CoCr沉淀相;在1150℃下保温1 h,发生γ-ε转变,ε马氏体含量为10.4%(V/V),同时沉淀相由四方σ相转变为六方Co_(3)W(Mo)_(2)Si相;再经过800℃处理2 h后,马氏体含量进一步增加至15.5%(V/V),同时沉淀相数量增加且尺寸增大。热处理后的沉淀相对力学性能影响显著,材料的硬度从31 HRC提高至38 HRC,屈服强度从848 MPa提高至1119 MPa。本研究可以为研究激光选区熔化Co基合金组织与性能调控提供参考。

Cu-Cr-Zr-Nb合金组织及耐磨性研究

借助Nb元素在Cu-Cr-Zr合金中的作用,通过真空感应熔炼结合两步轧制-时效工艺制备Cu-Cr-Zr-Nb合金,并对其组织及耐磨性进行了研究。结果表明:经过两步轧制-时效工艺的合金中存在着大量的位错、纳米析出相和纳米变形孪晶,使合金的强度显著提升。通过Nb元素合金化,在合金中引入了均匀分布的Cr_(2)Nb微米颗粒,同时在合金中存在微米和纳米尺度Cr颗粒,利用微米和纳米颗粒的协同强化使合金的性能提升。针对其耐磨性,铸态合金的摩擦系数在0.6以上,体积磨损量随实验载荷的增加而增加。经过轧制-时效工艺,由于合金强度和硬度的提升,其摩擦系数下降至0.6以下,体积磨损量稳定在0.2 mm^(3)以下,磨损机制主要以粘着磨损和疲劳磨损为主。

Mn微合金化Al-Si-Cu-Mg合金显微组织及耐蚀性能研究

Al-Si-Cu-Mg系列合金具有优异的强韧性,但其中的含Cu强化相极大地影响了该系合金的耐蚀性能。因此,本文通过对不同Mn含量的Al-7Si-2Cu-0.6Mg合金进行显微组织观察和电化学分析,探究Mn元素的添加对T6热处理状态下合金微观结构和耐蚀性的影响。结果表明,Mn添加量的提高对合金显微硬度几乎没有影响,但在合金基体中可以观察到弥散相。随着Mn含量升高,合金的耐蚀性呈现先升高后降低的趋势。添加0.360%Mn(质量分数)合金具有最佳耐蚀性,腐蚀电流密度比基础合金减少了54%。腐蚀形貌观察结果表明,Mn的添加可以显著减弱合金的点蚀趋势。

T6态热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金的低周疲劳行为

为了揭示经过T6处理的热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金在不同温度下的低周疲劳变形与断裂行为,对T6态热挤压合金进行了室温和200℃条件下的低周疲劳实验。结果表明:在室温和200℃下合金塑性应变幅与载荷反向周次之间服从Coffin-Manson公式,而弹性应变幅与载荷反向周次之间服从Basquin公式;合金在室温和200℃下低周疲劳变形时,在较低外加总应变幅下疲劳变形机制主要为平面滑移,而在较高外加总应变幅下疲劳变形机制主要为波状滑移;室温和200℃下合金的疲劳裂纹均萌生于疲劳试样表面并以穿晶方式扩展。

时效工艺对Cu-Cr-Zr合金带材性能和析出动力学的影响

通过固溶−冷轧−时效工艺制备Cu−1.0Cr−0.1Zr合金带材,研究时效工艺对合金导电率、力学性能和微观结构的影响,并进行析出动力学分析。结果表明,Cu−1.0Cr−0.1Zr合金在430℃时效180 min后获得最佳综合性能,导电率为85.86%IACS,硬度为HV 176.54,抗拉强度为552 MPa。对于在430℃时效的样品,当时效时间从30 min增加到180 min时,细小的fcc-Cr和Cu8Zr3析出相的尺寸从~5 nm长大到~8 nm,且析出相与铜基体的关系由共格转变为半共格。同时,还观察到bcc-Cr相的棒状和球状粗大颗粒(≥300 nm)。此外,建立合金在不同时效温度下的析出动力学方程,绘制等温转变TTT曲线,通过计算获得合金的析出激活能为65 kJ/mol。