INCO718高温合金钎焊工艺研究

对于高温合金,把合金元素及化合物充分固溶于基体内,才能获得良好的高温性能。本文主要介绍了INCO718高温合金的应用及工艺特点,并对该材料的焊接性能进行了深入的研究分析,总结出高温合金表面氧化问题、钎焊热循环的影响、钎料与钎焊金属成分的影响、焊缝间隙和钎料量的多少、钎焊温度的影响以及真空钎焊设备的性能,都将直接决定着INCO718高温合金钎焊接头的焊接质量。本文着重阐述了高温合金表面氧化问题的解决和不同牌号的钎料对于高温合金钎焊质量的影响。

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。

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。

IN718高温合金表面Si改性铝化物涂层1000℃的氧化行为和微观组织演变

涡轮叶片的使用温度升高将严重降低镍基高温合金IN718的力学性能,高温合金表面需要制备抗氧化涂层来抵抗高温氧化和腐蚀的危害。本文系统研究了简单和Si改性铝化物涂层在1000℃下氧化200 h的微观结构演变。由于尖晶石NiCr_(2)O_(4)相和挥发性Cr_(3)O相的形成,IN718高温合金经氧化后发生严重剥落和失效。对于简单铝化物涂层,稳定的α-Al_(2)O_(3)氧化膜显著提高了抗氧化性,在氧化100~200 h时仅增重0.1 mg/cm^(2)。Si改性铝化物涂层由于外部涂层中存在Cr_(9.1)Si_(0.9)相并具有最大晶粒尺寸,表面快速形成了稳定的SiO_(2)氧化膜,产生较好的保护作用,内部形成的Al_(2)O_(3)氧化物与涂层形成钉扎效应,有效地防止氧化膜分层。Ni_(3)Si相的形成和生长产生了微裂纹,导致在氧化100~200 h时其增重率超过简单铝化物涂层,表明有效调节硅含量对于延长涡轮叶片的使用寿命至关重要。

Inconel 718高温合金单层多道激光熔覆成形工艺优化

为提高镍基高温合金激光熔覆成形质量,采用正交试验法,分析Inconel 718高温合金在不同工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速率和搭接率)下,单层多道激光熔覆表面平整度和熔覆宽度的变化规律。结合综合评分法,得到成形质量最佳工艺条件为激光功率2100 W,扫描速度19 mm/s,送粉速率2 r/min,搭接率30%;其中,搭接率对熔覆层表面平整度和熔覆宽度的影响最大,送粉速率对表面平整度影响最小,激光功率对熔覆层宽度影响最小。

基于ABAQUS的Inconel718镍基高温合金铣削过程铣削力分析

文章以Inconel718镍基高温合金为铣削研究对象,通过正交试验得到进给速度、主轴转速、轴向切深等不同铣削参数的较优化组合,采用ABAQUS有限元仿真软件对镍基高温合金不同铣削参数下铣削加工过程进行仿真,得出三向力的平均值,使用极差法得出最优组合。结果表明:铣削参数对X方向的影响顺序为每齿进给量>主轴转速>轴向切深,且最优组合为A3B2C1?对Y和Z方向的影响顺序为每齿进给量>轴向切深>主轴转速,最优组合分别为A1B4C1和A2B4C1。

INCONEL718高温合金均匀化处理的定量分析(英文)

利用定量分析手段建立INCONEL718高温合金的均匀化模型。采用金相法确定d406mm铸锭的初熔温度,结果表明其初熔温度为1170～1180°C。采用两阶段均匀化热处理消除枝晶显微偏析。为了定量预测 Laves相的溶解过程,提出一个和时间、温度相关的均匀化模型。在铸态组织的所有偏析元素中,Nb和Ti为偏析程度最大的正偏析元素。然后,分别计算在1140 °C时各合金元素的扩散系数,并与另外两种常见的含铌高温合金进行比较。

超细晶Inconel 718合金激光对接板的高温拉伸性能(英文)

为使Inconel 718合金的筒形多层夹芯结构顺利成形,研究该合金激光对接板的高温塑性。结果表明,拉伸方向对激光对接板的伸长率有很大影响。横向拉伸时,在温度为950°C和应变率为3.1×10-4s-1的条件下,最大伸长率为458.56%,此时m值为0.352,焊缝未变形。纵向拉伸时,在温度为965°C和应变速率为6.2×10-4s-1的条件下,最大延长率为178.96%,此时m值为0.261,焊缝随母材同时变形,焊缝的微观组织为树枝晶,晶间析出了Nb含量较高的Laves相。纵向拉伸时,由于动态再结晶的缘故,焊缝中出现了由树枝晶和等轴晶组成的混合组织。高温变形后,焊缝中的大量Laves相转化为δ相,但焊缝中仍有小部分残余的Laves相存在。多层夹芯筒结构成形的结果表明,激光对焊板的高温塑性能满足其筒形夹芯结构的要求。

Inconel 718合金O形环的高温压扁弹塑性行为

对Inconel718合金O形环试样进行了压扁-回弹试验研究,考察了本构模型各参数对O形环回弹量的影响.结果表明,先前低压缩比的加载历史对O形环后继高压缩比的回弹量没有影响;温度对O形环回弹量有一定程度影响;在压缩比为6%～30%,O形环回弹量与压缩比呈抛物律关系.运用ANSYS程序的接触分析功能,基于NLISO非线性等向强化本构模型对常温下O形环压扁-回弹过程的数值模拟结果与试验结果吻合较好.

高温长期时效后Inconel718合金的化学相分析

采用化学相分析的方法研究了经过高温长期时效后标准Inconel 718合金中的析出相 ,确认了Inconel 718合金中α Cr相的析出 ,同时也分析了α Cr ,γ′ +γ″ ,δ相以及MC数量随时效时间和时效温度的变化情况。

球形弹丸高速冲击IN718合金板的变形与破坏模式

为研究IN718镍基高温合金在高速冲击作用下的抗侵彻能力,采用直径为5 mm的304不锈钢球形弹丸,利用二级轻气炮试验装置对IN718靶板进行了一系列弹道冲击试验。通过高速摄像机进行拍摄,弹丸的入射速度范围为548.2~1067.0 m/s。对弹丸的剩余速度进行了测量和分析,并对弹道极限速度进行了验证,观察了靶板的变形和破坏模式以及弹孔直径。结果表明:在试验冲击范围之内,随着冲击速度的升高,靶板的变形模式由撕裂破坏到剪切破坏转变,靶板的穿甲破坏模式与冲击速度密切相关;靶板能量吸收效率随弹丸初始动能的增加而降低,且趋于常值0.7;靶板变形挠度随着冲击速度的升高呈减小趋势,且最大变形挠度出现在弹道极限附近;靶板正面和背面所形成的弹孔直径均随着冲击速度的升高而增大,且背面所形成的弹孔直径大于前面所形成的弹孔直径。

Inconel718镍基高温合金的切削性能仿真

在考察Inconel718镍基高温合金的化学成分和有关性能的基础上,通过Deform-3D软件对其进行车削仿真,分析影响Inconel718镍基高温合金切削性能的主要因素,给出其最佳的切削速度、进给量和背吃刀量的组合。研究了不同换热系数和刀-屑摩擦因数对Inconel718镍基高温合金切削性能的影响,找到了恰当的冷却润滑方式。

冷喷涂Inconel718高温合金涂层组织及微观硬度

采用冷喷涂技术在马氏体钢表面制备了Inconel 718高温合金涂层,利用SEM、显微硬度计和纳米压痕仪分析了涂层组织和微观硬度。结果表明,涂层厚度可达300μm以上,与基底界面结合良好,底部、中部和顶部涂层微观缺陷数量和尺寸依次增多;冷喷涂沉积过程不会对Inconel 718高温合金粒子的原始组织结构产生显著影响,沉积后粒子的外部轮廓发生了明显的扭曲变形,而心部变形较小;涂层底部、中部和顶部的显微硬度依次降低,与底部涂层相比,中部和顶部涂层显微硬度分别降低10%和21%;涂层平均纳米硬度较原始粒子显著降低,底部和顶部涂层分别降低13.5%和28%;涂层内部微观缺陷分布是影响涂层整体硬度的重要因素。

刀具磨损对Allvac 718Plus高温合金铣削加工表面完整性及疲劳性能的影响

基于Allvac 718Plus高温合金铣削刀具磨损规律,研究了刀具磨损对铣削精加工表面完整性各指标的影响规律,并结合具体的试件疲劳性能测试实验分析了刀具磨损对试件疲劳性能的影响规律和作用机理,得出Allvac 718Plus材料精铣参数下刀具后刀面磨损量的控制范围不超过0.15 mm,获得了影响试件疲劳性能的主要影响因素。相关研究成果为控制Allvac 718Plus试件精加工的表面完整性和刀具磨损量提供了参考。

基于晶体塑性理论的镍基合金高温低周疲劳寿命预测方法

对Inconel 718镍基合金进行高温拉伸试验和低周疲劳试验,借助晶体塑性有限元方法分析合金的疲劳裂纹萌生过程。结果表明:Inconel 718镍基合金的高温低周疲劳裂纹萌生寿命随着总应变范围的增大而缩短;该镍基合金的高温低周疲劳裂纹容易在三叉晶界处萌生,这些区域存在较大的累积塑性滑移。

孔挤压强化对Inconel 718高温合金疲劳性能的影响

为了提高Inconel 718高温合金螺栓连接孔的疲劳抗力,研究了孔挤压强化对Inconel 718高温合金中心孔试样疲劳寿命的影响,并采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线应力测量仪及金相显微镜等仪器对孔壁表面完整性进行分析,探讨了孔挤压强化机制。结果表明：1.90%挤压过盈量的中心孔试样的中值疲劳寿命是未强化试样中值疲劳寿命的1.16-4.79倍。与2.85%挤压过盈量的试样相比,1.90%挤压过盈量试样取得了更优的疲劳寿命增益效果。分析发现：经1.90%挤压过盈量的孔挤压强化后,孔壁表面完整性得到了显著改善,孔壁表面粗糙度下降了64.2%,孔边形成了较深的残余压应力场,孔边晶粒组织发生了明显的塑性变形,形成了组织强化层。表面完整性的改善对疲劳寿命的增益具有重要作用。

高温氧化处理前后Inconel 718高温合金摩擦学性能的探究

为了研究高温氧化处理前后Inconel 718高温合金摩擦学性能的差异,对Inconel 718高温合金在1 000℃大气环境下进行高温热处理,并进行25~800℃宽温域摩擦试验.利用扫描电子显微镜、三维轮廓仪、X射线衍射仪对Inconel 718高温合金的表面形貌、磨痕形貌、物相组成和结构进行分析.Inconel 718高温合金经热处理后物相组成发生了明显变化,晶化程度提高.在表面形成了类网状凸起结构,其组成主要为Cr_2Ti_7O_(17)和Cr_2O_3混合相,这是由于高温热处理使Inconel 718高温合金的Ti和Cr元素沿晶界发生了扩散,至表面后与大气中的氧反应,生成Cr_2Ti_7O_(17)和Cr_2O_3混合相.高温氧化后的Inconel 718高温合金摩擦系数和磨损率与未处理时相比有所降低,磨痕形貌有了明显变化,将这种变化归功于类网状凸起结构的减摩抗磨作用和其组成相中Cr_2Ti_7O_(17)的润滑作用.

高温合金薄壁圆筒焊接变形控制研究

为解决某型号航空发动机产品焊接加工难题,进行了Inconel 718高温合金薄壁圆筒零件焊接变形控制工艺研究。通过分析薄壁筒体焊接变形的原因,采取合理的接头设计、焊接工装设计、优化焊接工艺和焊后热处理及热处理防变形工装等措施,产品焊缝质量满足I级要求,焊缝圆度变形控制在0.2 mm以内。最终通过了验证,较好地控制了高温合金薄壁圆筒产品焊接变形,焊缝质量优良,可为相关薄壁圆筒产品焊接提供技术支持。

Inconel 718合金厚板真空电子束焊接头的显微组织与高温力学性能(英文)

对Inconel 718高温合金12mm厚板的真空电子束焊(EBW)接头整体及分层的显微组织和高温力学性能进行了研究。结果表明:经熔透焊+修饰焊的接头,焊缝中心的上、下层为树枝晶,中层为柱状晶;热影响区由上层至下层晶粒长大程度逐渐减小。经固溶+双时效热处理后,EBW接头各区域晶界处均有δ相析出,在焊缝中心最多,在热影响区及母材较少,晶粒内部均析出了γ″相。在650℃时,接头整体的抗拉强度σb、屈服强度σs和伸长率δ分别为1100MPa、800MPa和18%,达到了母材的90%、80%和80%。分层切片的力学性能下层最高,σb、σs和δ分别达到了1170MPa、870MPa和18%;上层最低,分别为1080MPa、780MPa和7%。上层断口以脆性断裂为主,中、下层断口以韧性断裂为主。显微硬度分布为焊接中心最低,热影响区与母材较高。晶界δ相的析出数量越多,显微硬度值越低。

激光增材制造Inconel 718高温合金的研究进展

Inconel 718高温合金具有优异的高温力学性能以及良好的耐热腐蚀性能,被广泛应用于航空航天、燃气轮机、核电及化石等领域。近年来,凭借自由设计和近净成型等特点,激光增材制造技术在Inconel 718等复杂精密零部件的制造领域具有不可替代的作用。激光增材制造技术是一个快速加热与冷却的过程,得到的合金枝晶/胞晶和析出相的尺寸比传统制备工艺更加细小,且表现出跨尺度的多级分层结构,呈现出独特的力学性能相关性。随着人们对激光增材制造Inconel 718高温合金的广泛研究,目前Inconel 718合金的力学性能可以达到甚至超过锻件的水平。然而,激光增材制造的Inconel 718合金内部往往存在显著的凝固织构和较大的残余拉应力,使得合金的力学性能呈各向异性且疲劳持久性能较差,在一定程度上限制了激光增材制造技术的推广应用。因此,需从跨尺度组织结构角度入手,通过工艺参数调控和后处理技术,实现Inconel 718合金的高质量增材制造。本文归纳总结了激光选区熔化和激光立体成形技术在制备Inconel 718合金方面的研究进展,围绕“工艺参数-显微组织结构-力学性能”的本构关系,重点阐述了不同增材制造工艺及加工参数对Inconel 718中枝晶生长、析出相、晶粒结构以及残余应力等显微组织结构和力学性能的影响,并讨论了激光增材制造Inconel 718高温合金面临的难题及其解决措施。