GH984高温合金穿孔失效分析研究

通过化学成分分析、金相组织检验、扫描电镜及能谱分析等手段,对GH984高温合金穿孔产生离层脆裂的原因进行了分析。分析结果表明:GH984高温合金穿孔离层缺陷与钢坯本身内部Nb的链状偏析、客户钢坯穿孔工艺过程中加热温度、穿管速度均有关系。

GH4169G高温合金车削切削力与切削温度有限元仿真研究

为研究GH4169G高温合金车削用量及刀具几何特性对切削力和切削温度的影响规律,基于ABAQUS有限元仿真软件,通过依次改变切削深度、切削速度和刀具几何角度,获得不同参数组合下切削力和切削温度的变化规律,进一步揭示车削参数和刀具几何角度对GH4169G高温合金切削过程中热—力耦合作用的影响机理,从而对切削工艺参数和刀具特性进行优选。

真空电弧重熔GH984G合金多物理场耦合行为的数值模拟

利用Fluent软件建立模型,模拟研究了2.8 kA和3.3 kA电流条件对真空电弧重熔过程中多物理场耦合行为的影响,并对铸锭枝晶间距进行模拟和实验测定研究.结果表明:随着时间的增加,铸锭逐渐凝固,同时熔池变深;随着电流的增大,电流密度、磁场强度、焦耳热、洛伦兹力、流场和温度场等数值均增大,熔池也变深;一次枝晶间距和二次枝晶间距从铸锭中心到铸锭边缘不断减小,并且电流的增大使同一位置的一次枝晶间距和二次枝晶间距均增大.

镍-铬-铁基高温合金GH984G在不同SO_2浓度烟气中的腐蚀行为

在人工合成烟气环境中研究了一种新型镍-铬-铁基高温合金GH984G在700℃的腐蚀行为,通过改变烟气中SO_2浓度探索了SO_2浓度对材料高温腐蚀行为的影响。结果表明:在700℃下腐蚀随着气氛中SO_2浓度的升高而加重,不同SO_2浓度气氛中合金表面都形成了以Cr_2O_3为主的致密氧化膜。气氛中SO_2与金属反应在氧化膜中生成少量硫化物,在氧化膜/基体界面有硫的富集。由于致密的Cr_2O_3具有良好的保护性,GH984G合金在不同SO_2的烟气环境中表现出良好的耐蚀性。

GH984G合金管高温持久性能及组织稳定性研究

GH984G合金是我国650~700℃超超临界燃煤发电机组的重要候选材料。研究了GH984G合金管700℃高温持久性能及对应温度下的组织稳定性。结果表明,GH984G合金管的700℃持久性能优异,10~5 h的外推持久强度为153.8 MPa,能够很好满足电站用高温材料持久性能的要求。在700℃经历长期时效后,随着时间延长,晶界碳化物逐渐粗化,基体上的γ′相粒径逐渐粗化但保持球状并呈均匀弥散分布,在700℃下时效长达19 144 h仍未发现有害相析出。良好的组织稳定性保障了GH984G合金管的700℃持久性能。

舰用GH984合金在不同环境中的腐蚀性能

研究了GH984合金在各种不同条件的抗腐蚀性能 .结果表明 ,该合金在 70 0℃、80 0℃和 90 0℃具有良好抗氧化能力 ,在不同热处理条件及焊接状态下的抗晶间腐蚀、抗海水腐蚀性能良好 ,均能满足高速舰船的使用要求 .在模拟舰船发动机海上运行环境下 ,合金抗海洋性气氛燃气热腐蚀性能在 90 0℃比GH135合金好 ,与GH140合金相当 ,由于合金Cr含量较高 ,远优于镍基高温合金K3.

GH984G18合金热加工图及再结晶图研究

应用Gleeble3800热模拟试验机对GH984G18合金进行热压缩实验,以实验获得的应力-应变曲线为基础,根据动态材料模型建立该合金不同应变时的热加工图,利用热加工图确定了热加工工艺窗口,并分析了温度和变形量对实验合金动态再结晶的影响。结果表明:应变较小(ε≤0.2)时,可优先选择的变形温度为1030~1090℃,应变速率为0.01~0.18s^(-1);随应变增加(ε≥0.3),最佳热变形温度范围移至高温区间1180~1200℃,最佳应变速率范围大致为0.056~0.25s^(-1);当应变速率为1s^(-1)时,温度小于900℃不能引起动态再结晶,仅使得晶粒发生动态回复;当变形温度和应变量分别达到1000℃和30%时,发生部分动态再结晶;当变形温度为1000℃,应变量为60%时,发生完全动态再结晶。

700℃超超临界锅炉高温过热器再热器用GH984G新材料焊接工艺研究

试验选用740H镍基焊材为填充金属,焊接GH984G铁镍基高温合金,通过焊接接头的常温力学性能、高温短时拉伸性能及高温持久性能试验。结果表明:焊接接头的常温、高温力学性能均满足相关标准的规定;可考虑生产制造中免除焊后热处理,仅通过机组运行过程中进行自然时效,同样能满足该材料的使用要求;该材料可作为700℃先进超超临界锅炉高温过热器和再热器的重要候选材料。

固溶处理对GH984G合金冷轧无缝管组织及硬度的影响

在温度1050~1200℃,时间10~90 min下对GH984G合金冷轧无缝管试样进行固溶处理,研究了固溶处理对合金组织和硬度的影响。结果表明:冷轧态合金晶粒沿轧向拉长,晶界及晶内析出第二相颗粒;不同条件固溶处理后,合金中形成等轴晶组织,随着温度的升高和保温时间的延长,晶粒尺寸增大,第二相数量减少;合金的晶界迁移表观激活能随保温时间的延长而增大,动力学时间指数随温度的升高先增大后减小;合金硬度随固溶温度的升高和保温时间的延长而降低,与平均晶粒尺寸符合Hall-Petch关系。

700℃先进超超临界锅炉候选合金GH984G的热拉伸行为研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对GH984G合金在应变速率为1s^(-1)、温度在1000~1175℃范围内进行了热拉伸试验,并对拉伸后试样断口及轴向显微组织进行了分析,以评估GH984G合金的热拉伸行为。结果表明:GH984G合金在1000~1175℃拉伸时具有良好的塑性,断面收缩率均≥85.4%,在1100℃时塑性最好,断面收缩率为96.2%;合金在不同温度下的拉伸断口均发生了明显的截面颈缩现象,断口缩减量、单位面积内韧窝及孔洞数量均随着温度的升高而逐渐增加,温度升到1100℃时,断口缩减量、单位面积内韧窝及孔洞数量最大,塑性最佳。温度进一步升高,断口缩减量、韧窝及孔洞数量开始缓慢减小,温度超过1150℃时,明显减小,塑性下降;合金的动态再结晶面积分数随温度的升高而逐渐增加,温度在1050~1200℃时发生了完全动态再结晶。拉伸应变速率为1s-1时,GH984G合金最佳的热变形温度范围为1050~1175℃。

GH4169G合金高压后挡板锻件组织性能研究

某发动机用GH4169G变形高温合金高压后挡板锻件高温光滑持久性、缺口周期持久性及晶粒度未达到技术要求。为了探明锻件组织性能不合格的原因,对某批次后挡板缺口周期持久性不合格试样尺寸进行了检测和分析,对缺口周期持久性不合格试样断口附近高倍组织进行了检测,对锻件全截面高倍组织进行了检测分析。结果表明:GH4169G合金缺口周期持久性能对缺口非常敏感,缺口的半径大小对性能有很大影响,试样缺口半径小是该批锻件缺口周期持久性能不合格主要原因;高压后挡板锻件局部存在变形混晶组织并且大晶粒晶界处δ相贫化,这是高温持久性能不合格的原因。

我国独创和独具特色的几种高温合金的组织和性能

综述了中国科学院金属研究所高温合金和金属间化合物研究组50年来在高温合金材料方面的研究成果,重点介绍了9种我国独创和独具特色的高温合金,包括其成分和组织特点,力学性能、化学性能和物理性能,以及他们的冷、热加工性能和应用特点。

P添加对一种新型镍基铸造合金高温氧化性能的影响

用热重法研究了微量元素P对一种新型镍基高温合金K984G高温氧化行为的影响。结果表明:合金在800℃、850℃和900℃恒温氧化动力学较抛物线规律有所偏离,氧化后期比较符合立方规律,微量元素P添加对其无影响。然而,添加微量元素使其氧化激活能由154.1k J/mol和295.7k J/mol增加至169.1k J/mol和318.4k J/mol。此外,添加P后,合金氧化激活能增加,抗氧化性能降低。

一种新型Ni-Fe基高温合金的微观组织和力学性能的研究

通过硼、磷微合金化对Ni-Fe基高温合金GH984进行改性,利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察添加硼、磷的GH984高温合金的微观组织,进一步研究硼、磷对合金的拉伸和持久性能的影响。结果表明:硼、磷的微合金化几乎不影响GH984合金的微观组织,合金主要由γ基体、γ'相、Ti(C,N)、MC型和M23C6型碳化物组成;硼、磷的加入对合金的室温拉伸性能和700℃拉伸强度影响极小,但能成倍提高合金的高温拉伸塑性;持久寿命随硼、磷的添加显著提高,持久组织观察表明,硼、磷的添加有效阻碍了晶界碳化物的粗化,使其呈块状非连续弥散分布,提高了合金的持久强度。

GH984G合金在700℃水蒸气中的氧化行为

从氧化动力学、氧化层相组成及微观结构角度,研究了700℃超超临界电站用Ni-Fe-Cr基合金GH984G在700℃水蒸气中的氧化行为。结果表明:氧化行为符合抛物线规律,氧化过程受扩散控制,稳态增重速率约为8×10-4g/(m2·h),为完全抗氧化级。氧化过程中首先在基体表面形成Cr2O3外氧化层,随后形成根状Al2O3内氧化层并在Cr2O3外氧化层表面形成少量粒状TiO2,最终形成外层Cr2O3、内层Al2O3的双层结构,长达2000 h蒸汽氧化过程中无其它氧化物形成且氧化层具有优异的稳定性。氧化初期氧化层表面Cr2O3为针片状,随后针片状Cr2O3发生团聚转变为胞状Cr2O3,进一步延长氧化时间胞状Cr2O3发生连接,转变为连续、致密的Cr2O3外氧化层。连续、致密且稳定的Cr2O3外氧化层和根状Al2O3内氧化层的氧化层结构使GH984G合金在700℃蒸汽条件下具有较低氧化速率和优异抗氧化性。

B和P对GH984合金组织和力学性能的影响

利用真空冶炼制备了微合金化Ni-Fe基GH984合金并热锻、轧制成棒材,采用OM,SEM和TEM观察了标准热处理后B和P微合金化GH984合金的微观组织,并研究了B和P微合金化对合金力学性能的影响.结果表明:B或P的微合金化对GH984合金中的析出相影响不大,合金中的析出相为γ′相、Ti(C,N)相、MC型和M_(23)C_6型碳化物.然而,B和P同时添加使M_(23)C_6型碳化物形貌由块状向粒状转变并均匀分布于晶界;B和P的添加对合金的室温和700℃拉伸强度无明显影响,但可成倍提高合金的高温拉伸塑性.持久寿命随B和P的添加显著提高,此外,相对单独添加B,B和P的同时添加可以更好地改善合金的持久性能.持久试样的断口观察表明,B和P微合金化明显改善了晶界强度,断裂模式由沿晶断裂转变为混合断裂.

固溶处理对GH4169G合金蠕变的影响

研究了固溶处理温度对GH4169G合金晶粒组织、晶界析出和蠕变的影响。结果表明,随着固溶处理温度的提高(由980℃提高到1020℃)GH4169G合金的晶粒尺寸明显增大,晶界d相的尺寸和数量明显减少,晶内g″相的析出变化不大;合金的650℃/700 MPa稳态蠕变速率明显降低,表观蠕变激活能明显增大,蠕变断裂寿命显著延长。固溶处理温度对680℃/725 MPa的蠕变性能有相同的影响趋势,但其程度减弱。孪晶的形成是GH4169G合金的重要蠕变机制。提高固溶处理温度使晶界d相的析出减少,晶界滑动蠕变速率降低;同时使晶粒度增大,形成孪晶的阻力增大,晶粒蠕变速率降低。

GH4169G合金的锻造工艺与组织性能研究

主要论述了锻造工艺对GH4169G合金锻造型材的组织和性能的影响。通过对均匀化后的铸态组织进行的热塑性试验,明确GH4169G合金的基本塑性变化规律,摸索出合金的基本锻造温度范围以及锻造工艺控制要点,并进一步研究合金锻后组织对性能的影响,从而确定合金最佳锻造工艺,结果表明:微量元素磷、硼的添加适度降低了合金的热塑性,缩窄了锻造温度范围,在1100℃-1110℃加热可获得较好的锻造棒材,同时力学性能检测表明,GH4169G的室温、680℃高温拉伸良好,680℃持久性能优异。

电渣重熔GH984G定向凝固组织CAFE法模拟

电渣重熔凝固组织的控制直接关系到高温合金的品质与实际生产应用。针对电渣重熔GH984G的定向凝固过程,同时考虑传热和溶质扩散,基于CAFE法与C语言结合,建立了三维电渣重熔凝固过程组织演变的CAFE模型,并对凝固过程温度场和凝固组织演变进行模拟预测。结果表明,铸锭温度场和熔池深度都是首先为较浅平状态,然后不断加深至最后稳定;在电极熔化初始,金属熔池浅平,枝晶生长方向是竖直向上,之后金属熔池不断加深,底部竖直向上的柱状晶方向变为斜向上约26°。同时在铸锭的中心线上出现了等轴晶,等轴晶形核长大后与柱状晶镶嵌生长。此外,随着电极熔速变大,渣金界面上涨速度也随之变大,且熔池深度相应变宽变深。模拟结果与试验结果基本吻合,从而验证了模型与形核参数的适用性。