夹具拘束距离对Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接变形的影响

为了揭示夹具拘束距离对0.5mm厚Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接变形的影响,基于有限元软件ANSYS建立了三维热力耦合有限元模型。采用位移约束假设代替实际夹具的拘束作用,研究了夹具拘束距离对Hastelloy C-276薄板焊接纵向挠曲变形及横向收缩变形的影响规律。实验测量了焊接热循环曲线和残余变形,验证了所建立有限元模型的可靠性。模拟结果表明,随着夹具拘束距离从8mm增加到20mm,焊接纵向挠曲变形及横向收缩变形均表现为近似线性增大的趋势,特别是焊接横向收缩变形增加了将近3.6倍,而减小夹具拘束距离可以控制焊接残余变形。该模型较准确地模拟了薄板脉冲激光焊接温度场及残余变形,为抑制薄板焊接变形提供了理论和实验依据。

Hastelloy C-276合金应力松弛试验及蠕变本构方程

对Hastelloy C-276合金分别在不同的温度(750、800、850和900℃)和相应的初始应力(250、250、250和200 MPa)条件下进行了多组应力松弛试验。利用试验测得的应力松弛曲线推导出应力松弛过程中蠕变应变速率与应力之间的关系,建立用于描述Hastelloy C-276合金应力松弛行为的蠕变本构方程,通过对蠕变应变速率—应力曲线进行拟合,得到各温度下蠕变本构方程中的材料常数。将蠕变本构方程带入有限元软件MSC.Marc对Hastelloy C-276合金的应力松弛过程进行模拟,模拟得到的应力松弛曲线与试验测得的应力松弛曲线符合得很好,验证蠕变本构方程的可靠性。

高温长期时效对Hastelloy C-276合金组织和力学性能的影响

对Hastelloy C-276合金在800℃进行了不同时间的时效处理,分析了其微观组织与力学性能的变化及高温拉伸的断裂机制。结果表明：Hastelloy C-276合金在800℃长期时效后的析出相为μ相和少量的M6C相。合金时效处理150 h后,晶界处开始有析出相产生;时效170 h后,晶界处出现连续的析出相并布满了整个晶界;时效310 h后,晶粒内部开始出现析出相,晶界处开始有少量析出相沿晶界向晶粒内部生长;时效510 h后,晶粒内部有大量的析出相出现;时效超过700 h后,晶粒内部的析出相开始聚集长大,几乎布满了整个晶粒。时效处理后的合金高温拉伸的断裂机制为微孔聚集型断裂。

分步退火及初始晶粒对Hastelloy C-276合金晶界特征分布影响

不同初始晶粒尺寸的Hastelloy C-276合金经冷轧变形后,分别采用一次退火和二次退火方法进行热处理,其晶界特征分布采用电子背散射衍射技术进行表征.结果表明,初始较大晶粒组织有利于晶界特征分布的优化,特殊晶界比例比小尺寸晶粒组织提高了近10%,达到了78.8%,同时形成了平均尺寸为200μm晶粒团簇组织.在相同晶粒尺寸条件下,采用二次退火工艺可以明显改善合金的晶界特征分布,∑3n晶界比例得到较大幅度的提高,并形成了良好的团簇组织.这是由于较多的非共格∑3晶界,容易产生∑9和∑27晶界,从而形成更多的三叉晶界,阻断了大角度晶界的连通性.

SDP法制备非晶Y_(2)O_(3)薄膜用于哈氏(Hastelloy C-276)合金基带表面精修

为了解决哈氏(Hastelloy C-276)合金基带表面粗糙度过大造成不平整的问题,采用溶液沉积平整化技术在哈氏合金表面制备Y_(2)O_(3)非晶薄膜来满足使用要求.通过研究前驱液的稳定性和浓度、热处理温度和涂覆次数对表面粗糙度的影响规律,同时采用高低浓度相结合的方法涂覆非晶薄膜来提高涂覆效率,结果表明:先使用高浓度0.40 mol/L涂覆6次,再使用低浓度0.10 mol/L涂覆6次,获得了表面平均粗糙度Ra值为0.65 nm(5μm×5μm)高表面质量的带材,涂覆效率相比使用单一溶度提高了近30%.前驱液浓度越高,溶液粒径越大,前期涂覆效果更佳,后改用低浓度粒径小的前驱液进行表面精修,可以大幅提高涂覆效率.

哈氏合金(Hastelloy C-276)管道的焊接

为满足丙烯酸及脂(AA/AE)工程中的哈氏合金(Hastelloy C-276)管线对接接头在强腐蚀性介质中的工作条件,采用GTAW焊接方法,对该材料进行了焊接工艺研究。在分析焊接性和反复试验的基础上,拟定了合理的焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数以及焊接过程中的操作技巧和操作要点,按照标准JB4708对焊接接头进行多项力学性能试验和抗晶间腐蚀试验。结果表明,拟定的焊接工艺方案对于哈氏合金(Hastelloy C-276)管线中对接接头是可行的,焊缝性能得到保证,同时也可作为制定类似材料焊接工艺的参考。

C-276合金在650℃/25MPa超临界水中的腐蚀行为

研究了Hastelloy C-276(C-276)镍基合金在650℃/25MPa超临界水中的腐蚀特性。采用扫描电镜、X射线能谱仪、X射线衍射和X射线光电子能谱分析了氧化膜的腐蚀形貌、组织结构和合金元素分布。研究结果表明,C-276合金在650℃/25MPa的超临界水中的腐蚀过程主要是Ni的溶解,由于不能形成均匀、完整的氧化膜,合金在超临界水中并不具备优越的耐腐蚀性能,其双层结构的氧化膜富Cr而贫Ni、Mo,外层疏松的大颗粒(Ni(OH)2和NiO)为金属溶解和氧化物沉淀形成,内层(Cr2O3)的生长则是水穿过氧化物微孔作用的结果。

C-276哈氏合金换热管失效分析与预防

C-276哈氏合金焊接换热管在服役中发生了腐蚀失效,焊缝区域明显减薄,焊缝局部有小孔。通过金相、扫描电镜、能谱分析等分析手段对失效的C-276焊接管进行了分析。分析结果表明,仅对焊缝做了冷拉处理、不当的焊接工艺以及随后的不完善固溶处理是导致焊缝区域耐腐蚀性能降低的主要原因。最后提出了相应的预防措施。

退火工艺对哈氏C-276合金耐蚀性的影响分析

采用不同的工艺参数对哈氏C-276合金进行了退火处理,并进行了中性盐雾腐蚀和电化学腐蚀试验,对其结果进行对比分析。结果表明:分级退火处理可以有效提高哈氏C-276合金的耐中性盐雾腐蚀和耐电化学腐蚀性能,且分级退火温度对合金的耐蚀性产生重要影响。与常规退火工艺相比,分级退火可使哈氏C-276合金在240 h中性盐雾腐蚀后的质量损失率减少7.99%,腐蚀电位正移0.0042 V。

微波消解-ICP-OES法测定哈氏C-276合金中Cr、Fe、Mo、W元素

建立了微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法同时测定哈氏C-276合金中Cr、Fe、Mo、W元素含量的分析方法.采用10 m L HCl-HNO3-HF(体积比为10:1:1)混合酸溶解试样.研究了合金不同溶解方式、元素谱线的选择、背景校正等试验条件,并对仪器分析参数进行了优化,确定了最佳的试验条件,各元素分析谱线依次为Cr2 67.716 nm、Fe 238.204 nm、Mo 202.031 nm、W 209.712 nm,建立的校准曲线各元素相关系数均在0.999 5以上.实际样品分析中,加标回收率为97.8%~102.7%,重复测定结果的相对标准偏差小于1.64%(n=6),试验测定结果与镍基标准样品标准值做对照,结果表明方法准确、快速,能够满足日常生产的检测要求.

修正的Zerilli−Armstrong、Johnson−Cook及Arrhenius本构模型对C-276哈氏合金流变应力的预测

为进一步揭示C-276哈氏合金的高温流变行为,在温度为1223~1423 K,应变速率为0.01~10 s−1条件下对该合金进行热拉伸测试,并基于修正的Zerilli−Armstrong模型、Johnson−Cook模型和应变补偿的Arrhenius模型,分别构建相应的本构方程来反映C-276哈氏合金高温流变应力。同时,采用相关系数(r)和绝对误差(Δ)对这3个模型的预测精确性进行评价,计算结果显示Zerilli−Armstrong、Johnson−Cook和Arrhenius本构模型的r值分别为0.935、0.968和0.984,Δ值分别为13.4%、10.5%和6.7%。此外,对比分析在0.1~0.5应变范围内流变应力的实验值与预测值,结果进一步表明改进的Arrhenius模型对C-276哈氏合金的高温流变行为具有较好的预测能力。

哈氏C-276合金与16MnR钢在盐酸中的电偶腐蚀行为

石化厂急冷塔中的哈氏C-276合金和16MnR钢易形成电偶对,在塔中HCl气氛下发生腐蚀。测定了哈氏C-276合金与16MnR钢在10%盐酸中的自腐蚀速率、电偶腐蚀速率和稳态极化曲线,探讨了偶接时间、阴阳极面积比、环境温度及腐蚀液流速对阳极电流密度的影响。结果表明:2种金属偶接后,阴极哈氏C-276合金腐蚀速率得到抑制,阳极16MnR钢腐蚀速率急剧增大;2种金属自腐蚀电位相差超过200 mV,电偶电位接近16MnR钢的自腐蚀电位;随偶接时间延长,电偶电流不断衰减,24 h后趋于稳定;阳极电流密度随阴阳极面积比增大、温度升高而增大,但呈非线性增长,一定程度后增长趋势变缓;流动的腐蚀液中的阳极电流密度大于静止腐蚀液中的。

激光焊接哈氏合金C-276薄板的元素微偏析特性（英文）

研究镱纤维激光焊接哈氏合金C-276薄板焊缝区的元素微偏析特性。通过EDS数据分析得到的偏析比和元素的平衡分布系数表明,与以往报道的激光焊接哈氏合金C-276相比,镱纤维激光焊接哈氏合金元素微偏析减少。镱光纤激光器的高熔融效率、低线性输入热量及糊状区较高的冷却速率导致微偏析减少。用镱光纤激光器焊接哈氏合金C-276的熔融效率为64%,比传统焊接方法的熔融效率(48%)高。高熔融效率导致焊接所需的线性热输入减少,因此在本研究中发现,与以往的报道相比,其减幅更大。焊缝中心线从液相温度到固相温度的冷却速率量级为103°C/s。在焊缝中心线形成了构成较低微偏析的胞状枝晶子结构。

燃煤烟气除尘用哈氏C-276滤材腐蚀行为研究

为了检验哈氏C-276合金滤材在燃煤烟气环境下的耐蚀性,并研究其腐蚀机理,模拟燃煤烟气环境配制了"绿色死亡"溶液,通过失重法计算出了滤材的腐蚀速率,并通过扫描电镜照片表征了腐蚀后滤材的表面形貌,研究了滤材在"绿色死亡"溶液中的耐蚀性能及腐蚀机理。结果表明:哈氏C-276合金滤材的腐蚀速率为0.71g/(m2·h),与哈氏C-276合金仅相差4.4%,具有优异的耐蚀性能,适宜用作燃煤烟气除尘滤材。哈氏C-276合金滤材在腐蚀液中发生腐蚀时,点蚀与晶间腐蚀两种腐蚀现象同时存在。

Hastelloy C-276镍基合金的热压缩变形行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Hastelloy C-276镍基合金在0.01～10 s-1、1000～1250℃、应变量0.7条件下的高温恒温压缩变形行为,对热压缩后的组织进行了金相显微分析。结果表明:C-276合金热变形流变应力随着应变速率的增大和变形温度的降低而增大。热变形过程中发生了动态再结晶,当温度T≥1200℃时,发生了完全动态再结晶,T<1200℃时,发生部分动态再结晶。热变形流变应力可用Zener-Hollomon参数来描述,根据修正后的流变应力曲线建立了Hastelloy C-276合金峰值应力下的高温变形本构方程,热变形材料常数为:激活能Q=446.51 kJ·mol-1,α=0.0037346,n=4.42851,A=1.11×1016。

拉伸变形对Hastelloy C-276合金组织与力学性能的影响

采用金相（OM）、电子背散射衍射（EBSD）以及拉伸实验等技术手段研究了不同变形量条件下Hastelloy C-276合金薄板的组织演化特征和力学性能。结果表明：变形量小于14%时,位错优先在晶界附近塞积,并产生局部应变集中;变形量在14%~30%范围内,孪晶界附近及晶粒内部产生大量位错,位错滑移引起晶粒内部应变集中增强;变形量由0%增加至30%,晶界应变集中程度因子先增大后减小,变形量为14%时晶界应变集中程度因子最大。利用Ludwigson模型回归拟合了不同变形条件下的真应力-真应变曲线,随变形量的增加,材料的加工硬化程度提高,加工硬化速率减小,发生单滑移向多滑移转变的临界应变减小。

Hastelloy C-276合金热变形动态再结晶模型研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Hastelloy C-276镍基合金在不同变形条件下的热压缩流变应力曲线,热变形过程中发生了动态再结晶行为。利用加工硬化率-应力关系曲线确定了动态再结晶临界条件,采用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程计算再结晶体积分数实验值,建立了C-276合金动态再结晶体积分数和晶粒尺寸预测模型。结果表明:C-276合金动态再结晶体积分数随着应变量的增加,呈现典型的"S型"曲线;获得临界应变条件表达式:lnε_c=0.144lnZ-7.173;动态再结晶体积分数表达式X_(drx)=1-exp{-1.4034[(ε-ε_c)/ε_(0.5)]^(2.58384)},预测值和实验值的平均误差为2.16%;晶粒长大表达式d_(drx)=6.58×10~3Z^(-0.168),预测值和实验值的平均误差为6.63%。

两步退火热处理对Hastelloy C-276合金晶界特征分布的影响

Hastelloy C-276合金经小变形量5%冷轧变形后,分别采用高温一次退火和二次退火两种方式进行热处理,其晶界特征分布采用电子背散射衍射技术进行表征。结果表明,经二次退火热处理后的试样相对于一次退火热处理试样具有更高比例Σ3晶界的产生,通过晶界间相互作用,进而形成较高比例Σ9和Σ27晶界,使得总的Σ3~n晶界比例达到了78.8%。并且这些特殊晶界有效地阻断大角度晶界的连通性,进一步形成大尺寸晶粒团簇组织,使二次退火试样晶界特征分布得到优化。对比分析两种不同热处理制度下的Σ3和Σ9晶界面分布,可知Σ3晶界面分布主要集中在以{111}极点为中心的扩展区域内,Σ9晶界面主要分布在[110]晶带范围内。这两种晶界面由于热处理制度不同,其分布范围也有所不同。由于二次退火产生非共格孪晶Σ3晶界的较多,使得二次退火试样中的Σ3晶界面分布范围大于一次退火,并导致试样中更多Σ9晶界面偏离了〈110〉取向。

金属激光增材制造层间偏移量对熔池温度的影响

金属激光增材制造过程中熔池温度变化对加工质量具有重要影响,为研究Hastelloy C-276合金球形粉末激光增材制造层间偏移量对熔池温度的影响情况,搭建了熔池温度实时监测系统。采用非接触式红外测温手段测量了不同层间偏移量薄壁件加工过程中熔池温度变化情况。结果表明,不同层间偏移量倾斜薄壁加工过程中熔池温度变化有相似规律,即开始时温度急剧增大,后继续增大至峰值点,进而缓慢减小,最后基板温度累积效应和环境的影响达到平衡,倾斜薄壁熔池温度趋于稳定。另外,熔池截面面积随着层间偏移量的增大而增大,熔池捕获金属粉末的能力随之增强,受此影响,熔池平均温度与层间偏移量呈负相关关系。

Hastelloy C-276合金中Σ9和Σ27晶界与随机晶界网络连通性的关系（英文）

Hastelloy C-276合金经冷轧10%后进行1100℃不同时间的退火热处理。采用EBSD技术对Σ3n晶界(n=1,2,3)晶界比例进行统计并对随机晶界网络连通性进行表征。结果表明,随着退火时间的延长,Σ3晶界比例基本保持不变,而Σ9和Σ27晶界比例却出现较大幅度的变化,并且其峰值点都出现在退火15 min条件下。此刻,相应的随机晶界网络连通性被有效阻断。这是由于非共格Σ3晶界的存在,产生了更多的Σ9和Σ27晶界,并且使得这些特殊晶界连接到随机晶界网络当中。而采用Σ(9+27)/Σ3比值可以更好的表征随机晶界网络的连通性。