固溶工艺对Haynes230合金组织与性能的影响

航天结构材料Haynes230合金组织和性能的改善主要依赖固溶热处理工艺,本文采用金相显微镜、扫描电镜和拉伸、冲击、硬度测试等手段,研究了不同固溶工艺参数对Haynes230合金组织特征和力学性能的影响规律。结果表明:合金的组织性能受固溶温度的影响比固溶时间的影响更为显著。结合综合评分法可得,Haynes230合金在固溶温度1215℃、固溶时间15~60 min并水冷处理后,可获得良好的组织分布和性能匹配,对优化固溶工艺和指导工业实践具有重要意义。

Haynes230高温合金的静态再结晶动力学

研究了冷轧Haynes230高温合金的静态再结晶行为及其动力学。结果表明:冷轧变形后,合金在1100～1150℃进行退火处理,可获得均匀、细小的等轴晶,再结晶晶粒体积分数与退火时间的关系可用JMAK方程进行描述。计算得到,随着冷轧变形量的增加,再结晶激活能逐渐减小,其范围为402.50～318.35 kJ/mol;随着温度的升高,再结晶完成时间急剧缩短,其范围为74.51～5.43min,温度对再结晶速率具有显著影响;最终获得Haynes230高温合金再结晶动力学曲线,该曲线可为Haynes230高温合金的组织细化提供理论指导。

Haynes230合金凝固过程中的相变及元素偏析

利用差热分析(DTA)研究了Haynes230合金凝固过程的相变,结合光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析了该合金的凝固组织和偏析程度,计算了主要偏析元素的偏析系数。结果表明:Haynes230合金铸态组织主要是由γ固溶体基体,M6C型碳化物和W(Cr)的体心立方相组成,合金的凝固顺序为L→L+γ→L+(γ+M6C)+γ→M6C+W(Cr)+γ,Cr、W、Mo元素的偏析系数分别为2.03、1.96、1.81。

Haynes230合金铸锭的均匀化工艺研究

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)分析了Haynes230合金铸态和均匀化处理后的显微组织和元素偏析规律,并建立了偏析指数与均匀化处理参数的关系;通过粉末X射线衍射确定了铸态合金碳化物的类型。分析结果表明:铸态Haynes230合金存在着严重的枝晶偏析,在1200℃均匀化处理24h后,合金的组织和成分达到均匀,枝晶偏析得以消除。

Haynes 282镍基合金在600～700℃超临界水中的氧化特性

在600~700℃、25 MPa超临界水中对Haynes 282镍基合金进行氧化,研究了不同温度和时间下合金的氧化动力学曲线以及氧化膜的表面形貌、微观结构和物相组成等。结果表明:Haynes 282合金的单位面积氧化质量增加随着温度的升高和时间的延长而增大;600℃时合金的氧化动力学曲线遵循抛物线规律,650,700℃时的氧化动力学曲线介于抛物线和直线规律之间;合金表面的氧化膜具有双层结构,外层为呈松散的多面体形状的微米尺寸氧化物颗粒,内层为由细小晶粒组成的致密氧化膜;600℃氧化后氧化膜内层主要为Cr_2O_3,外层则为TiO_2;650℃氧化后氧化膜外层由TiO_2与MnCr_2O_4组成,而内层由Cr_2O_3和少量的MnCr_2O_4组成;700℃氧化后氧化膜外层由NiCr_2O_4与MnCr_2O_4组成,而内层由Cr_2O_3和少量的MnCr_2O_4组成。

固溶处理对热变形Haynes230奥氏体晶粒长大的影响

研究了固溶温度和保温时间对热变形Haynes230奥氏体γ基体相晶粒长大的影响。结果表明：在1200-1250℃固溶处理时,合金的晶粒长大明显,晶粒长大动力学指数为0.112-0.361,随着固溶温度的升高,晶粒长大动力学指数降低。当固溶时间为1 h,在1100-1200℃固溶处理时,晶粒长大较慢;在1200-1250℃范围内,晶粒长大较快;在1250-1310℃温度区间,晶粒长大由于碳化物的阻碍作用而变缓。晶粒长大的表观激活能为310.79 kJ/mol。

新型镍基高温合金Haynes 282的特点及应用

Haynes 282合金是Haynes公司于2005年开发的新型时效强化型锻造镍基高温合金,使用温度范围为649~927℃。该合金最初的开发目标是航空发动机和燃气轮机,因其具有良好的蠕变强度、热稳定性和优越的可加工性、焊接性能,成为700℃先进超超临界机组（A-USC）重要的候选材料之一。简述了Haynes282合金的微观组织,持久强度、抗蒸汽氧化性能和热稳定性能,讨论了其在A-USC机组、航空发动机、燃气轮机、核反应堆、石油化工设备和军工等诸多领域的应用前景,分析了其有待改进之处。

两种表面状态的Haynes 282在750℃高温蒸汽中的氧化行为

研究了2种表面状态的Haynes 282合金在750℃高温蒸汽中长达2000h的氧化行为。结果表明:表面经过机加工的板状试样282-P和保留锅炉管原始内壁试样282-W的氧化层均由连续的Cr_2O_3+TiO_2+(Mn,Fe,Cr)_3O_4外氧化层和沿晶界和亚晶界呈网状分布的Al_2O_3内氧化物组成。但是282-P外氧化层的TiO_2含量明显高于282-W,而(Mn,Fe,Cr)_3O_4含量则明显低于282-W。282-P氧化层的TiO_2以大颗粒状态存在,而在282-W的氧化层的TiO_2和Cr_2O_3无明显形貌差异。282-P的外氧化层厚度明显大于282 W,但是282-W的内氧化层厚度和生长速率都远大于282-P。合金的抗蒸汽氧化性能有必要结合2种试样类型进行综合评价。

Haynes 282焊丝的焊接冶金分析及性能研究

对Haynes282焊丝进行了热力学模拟计算,得到了其热力学稳态相和热物性参数等。Haynes282熔敷金属热力学稳态相包括γ基体、γ’、MC、M6C、M23C6、σ相,但根据模拟计算的熔敷金属连续冷却转变曲线和等温转变曲线,焊态下熔敷金属只有一次MC碳化物在凝固过程中析出。采用钨极氩弧焊进行堆焊,对焊丝熔敷金属进行表征。结果表明:凝固过程中由于Mo、C、Ti元素强烈向枝晶间偏析,导致凝固末期在枝晶间形成了一次Mo6C相,焊丝熔敷金属中并无σ等有害相析出,焊丝熔敷金属室温的硬度和冲击韧性分别为300 HV和140 J/cm2。采用大的焊接热输入和较小角度坡口,焊道中出现了结晶裂纹,与模拟计算得到的焊丝熔敷金属凝固末期粘度和膨胀系数较大相一致,说明该焊丝对结晶裂纹存在一定敏感性。

超高温气冷堆中间换热器用Haynes 230合金的热拉伸行为研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Haynes 230合金在应变速率为1 s^-1,温度为1000~1250℃时的热拉伸行为。结果表明:在1050~1225℃时拉伸试样断面收缩率≥61.68%,合金具有较好的塑性,在1200℃时塑性最佳;Haynes 230合金在1000~1225℃时的拉伸试样断口均有不同程度的颈缩,随着温度的增加,断口韧窝数量增多、变深,塑性也随之增加。当温度达到1200℃时,塑性最佳,温度继续增加,韧窝数量开始缓慢减少;温度升到1250℃时,为沿晶韧窝断口,塑性急剧下降。合金在1000及1050℃时均未发生明显的动态再结晶,温度升到1100℃时发生了局部动态再结晶,且动态再结晶百分比随温度的增加而增大,温度达到1175℃时,发生完全动态再结晶,温度继续增加,再结晶晶粒不断长大;当温度达到1250℃时,动态再结晶晶粒异常长大。Haynes 230合金在应变速率为1 s^-1时最佳的热加工温度为1175~1225℃。

模拟燃用高硫煤锅炉烟气环境中Haynes 282合金的腐蚀行为

为了研究先进超超临界候选合金在燃用我国典型煤种的烟气/煤灰条件下的腐蚀行为和机理,本文以700℃先进超超临界机组锅炉关键部件候选材料镍基合金Haynes 282为研究对象,在模拟燃用国产高硫煤的650、700、750℃烟气/煤灰腐蚀环境中进行烟气腐蚀试验,通过腐蚀动力学曲线、X射线衍射、扫描电镜、X射线能谱研究了其高温烟气腐蚀行为及腐蚀产物生成机理。结果表明:在650℃时腐蚀速率最低,机理以高温氧化为主,腐蚀产物主要为Cr_2O_3;700、750℃时,合金均发生一定程度第二类硫酸盐型热腐蚀,腐蚀产物均呈内外双层结构,外层富O、Ni、Co,内层富O、Cr、S、Mo;700℃时腐蚀速率最快,低熔点共晶盐挥发程度加剧导致了750℃时腐蚀速率略有下降,650℃时腐蚀速率最低。

基于元胞自动机的Haynes230动态再结晶组织演变

采用元胞自动机(CA),通过Matlab编程实现不同温度、不同应变速率下Haynes230镍基高温合金动态再结晶微观组织演变的动态观测,获得微观组织、位错密度、动态再结晶体积分数等微观层次的演变规律及宏观层次的流变应力-应变变化规律。研究结果表明:随着温度的升高和应变速率减小,动态再结晶分数增加、流变应力减小,因此,较高温度及较小的应变速率有利于Haynes230难变形金属热成形中动态再结晶的发生。Haynes230合金动态再结晶分数随着应变的增加而增大,其增长经历缓慢-快速-缓慢3个过程。CA模拟获得的再结晶分数与已有试验规律一致,最大相对误差为14.6%。

HAYNES282镍基合金的平衡析出相及焊缝微观组织

利用热力学软件JMatPro分析700℃等级汽轮机焊接转子材料HAYNES282的合金元素对平衡相析出行为的影响,在此基础上分析研究焊缝微观组织。结果表明,282合金的热力学平衡析出相为γ、γ′、MC、M_6C、M_(23)C_6、M_3B_2、σ、μ,各析出相的含量与温度具有一定的规律性,元素含量的变化对平衡态的析出相有直接影响。从微观组织可以看出,固溶后的焊缝出现栅状组织,在焊缝一次枝晶内沿枝晶生长方向线性排列,但取向各异。焊缝组织析出相主要为(Cr、Fe、Mo)_(23)C_6、(Mo,Co,Fe)_6C。

Haynes282合金在长期时效和持久过程中的组织稳定性

分别在700℃、760℃、800℃下对Haynes282合金进行长达10 000h的时效试验,在700~850℃、80~520 MPa的范围内对合金进行持久试验,采用扫描电子显微镜、能谱仪和透射电子显微镜观察和分析了合金的显微组织,研究了合金在高温时效和持久过程中的组织稳定性.结果表明:当Haynes282合金在760℃以下温度时效时,其γ′相长大较慢,在800℃下时效时,γ′相长大较快;在700℃、760℃、800℃下,时效时间超过1 000h后,冲击性能均下降较快;在800℃长期时效及850℃持久试验过程中,晶界和晶内会析出针状或长条状富Mo的μ相,且发生MC碳化物退化.

Haynes 282新型高温合金晶粒长大行为及数学模型研究

为了研究新型合金在高温状态下的晶粒长大行为,进行了Haynes 282合金在973~1 373 K条件下保温0~10 800 s的晶粒长大实验,通过实验分析了保温时间和保温温度对其晶粒尺寸的影响,研究了晶粒尺寸在其实验条件下的演变规律。由此构建了符合Haynes 282合金晶粒长大的数学模型,该模型的建立能够有效表征Haynes 282合金在高温下的晶粒长大行为。

新型固溶强化型镍基高温合金——Haynes230

Haynes230合金是一种新型镍基高温合金，广泛用于制造航空涡轮发动机燃烧室、地面燃气轮机燃烧室以及化工工业领域的高温耐蚀零部件，而且其应用领域还在进一步扩大。从研究背景、合金设计思路出发，结合实验数据对Haynes230合金的微观组织、力学性能、热稳定性和抗氧化性进行分析介绍，为扩大舍金在工业领域的应用提供了依据。

Inconel740H镍基合金与Haynes282镍基合金的焊接接头组织和力学性能

采用热丝TIG焊方法对Inconel740H镍基合金与Haynes282镍基合金异种材料进行焊接,并对采用Inconel Filler Metal 740H镍基合金焊丝和Haynes 282 Wire镍基合金焊丝两种不同焊接填充金属分别经过两步时效强化热处理(1010℃/2 h/空冷+788℃/8 h/空冷)和一步时效强化热处理(800℃/4 h/空冷)后的接头拉伸性能、弯曲性能、硬度和微观组织进行对比分析。试验结果表明,焊接接头的抗拉强度均大于1035 MPa,弯曲试验均合格,焊接接头的硬度均大于314 HV。焊接接头金相组织检验合格,焊缝组织均为奥氏体,焊缝内的晶界处均存在细小的碳化物析出,未发现有害相的析出。

Haynes282耐热合金铸态组织及锻后析出相研究

Haynes282合金是700℃超超临界发电机组高温段转子和气缸等构件的首选材料。Haynes282合金铸件组织控制和锻件析出相调控,是相关产品生产工艺制定的难点。以Haynes282为研究对象,通过金相、SEM、EDS等方法,对Haynes282合金电渣重熔后的铸态组织以及锻造后的析出相特性进行系统表征。结果表明,Haynes282合金的枝晶尺寸对冷速非常敏感;电渣锭心部的二次枝晶臂间距要大于表层的,分别为72μm和56μm。枝晶臂和枝晶间元素Al、Cr、Co的偏析系数接近1,元素Mo和Ti的偏析系数较大,Ti的偏析系数超过了1. 7;铸锭心部的偏析比表层略大。经过1 150℃均匀化8 h的热处理和锻造,基本消除了合金中的元素偏析;锻后在晶界上断续分布的第二相主要为富Mo和Cr的M_(23)C_6。

高参数汽轮机转子用HAYNES 282焊接性分析及应用

HAYNES 282高温合金具有优异的综合性能,文章阐述了其组织特点、强化机制以及焊接裂纹倾向,同时介绍了应变时效裂纹、凝固裂纹和热影响区液化裂纹敏感性的研究进展,其结果表明HAYNES 282具有较好的抗热裂性。结合HAYNES 282的裂纹敏感性,针对异种焊接转子工艺,提出了一种固溶态焊接后再进行时效热处理的过渡层焊接方法,获得接头的高温拉伸性能和短时持久性能表明,这种焊接方法能有效确保焊接接头在无损和性能方面的完整性。

HAYNES HR120合金的性能分析

HAYNESHR120合金是汽轮电机厂常用的一级复合材料。通过化学成分、物理性能分析,掌握合金中Cr与Ni的含量与作用。为了提高抗氧化性,此合金需进行固溶处理。HAYNESHR120合金切削性能差,对加工硬化很敏感。我们在实践中通过改善刀具和切削方法,并辅以大量切削液,以提高切削性能。