氯离子质量浓度对Inconel 740H合金应力腐蚀开裂性能的影响

采用慢应变速率拉伸试验和应力腐蚀裂纹扩展试验方法,研究了630~700℃高参数先进超超临界机组候选镍基合金Inconel 740H在0、1、20 mg/L氯离子水环境中的应力腐蚀开裂性能及规律,并探讨了高质量浓度氯离子促进应力腐蚀裂纹的萌生和扩展的相关机理。结果表明:高质量浓度氯离子促进740H合金的应力腐蚀开裂,合金应力腐蚀敏感性指数断后伸长损失I_(scc(δ))随氯离子质量浓度升高而增大;当氯离子质量浓度升高至20 mg/L时,断口中部和断口边缘均呈沿晶脆性断裂特征,断口附近有大量沿晶二次裂纹,此时合金发生了应力腐蚀开裂。在20 mg/L氯离子水环境中裂纹平均扩展速率达1.15×10^(–6) mm/s,是高纯水中裂纹平均扩展速率的111.7倍。

改进型INCONEL740镍基合金在模拟煤灰和烟气环境中的腐蚀行为

用SEM、EDX等方法对改进型INCONEL740镍基合金在人工模拟燃煤锅炉中的煤灰和烟气环境中的腐蚀行为进行了分析。结果表明:在750℃条件下,该合金所遭受的腐蚀过程分为两个阶段,开始时伴随着表面Cr2O3保护膜的形成,主要是氧化和硫化腐蚀,随着腐蚀时间增至5 000 h,腐蚀加剧;钴或CoO在合金表面熔盐中的溶解是造成合金腐蚀加剧的主要原因;而内硫化腐蚀则始终存在于腐蚀的进程中;铁含量少的试样比铁含量多的试样耐腐蚀性好。

超超临界电站用Inconel 740镍基合金的组织稳定性及其改型研究

利用微观组织分析和化学相分析的综合方法研究了超超临界电站锅炉过热器管材用镍基高温合金Inconel 740在服役温度范围长期时效下的组织稳定性,并基于热力学模拟计算对合金的成分进行调整和改型.结果表明:合金的组织不稳定性主要表现在高温时强化相γ′相急剧长大、晶内和晶界η相以及晶界G相的形成;通过调整Al、Ti含量和降低Si含量研制了改型合金,改型合金γ′相的稳定温度得到提高,在750℃和800℃长达5 000 h时效后晶界没有出现η相和G相,表现出良好的组织稳定性.

先进超超临界机组用Inconel 740合金的组织稳定性研究

采用SEM、FEG-SEM、TEM和EDS等测试方法研究一种先进超超临界机组用新型高温合金Inconel 740在固溶处理、沉淀硬化处理和750℃时效3 000 h过程中的组织稳定性。结果表明,固溶处理状态下的Inconel 740组织晶粒度3～4级,一些颗粒尺寸大的一次(Nb、Ti)C和TiN弥散分布于γ基体上,γ′相形核于晶内;沉淀硬化处理主要在晶内共格析出γ′相,在晶界析出大量的M23C6和少量的G相;750℃长期时效条件下,γ′相发生Ostwald熟化,颗粒粗化,γ晶界逐渐被G相占据,并且时效300 h时在晶界附近开始析出针状的η相,随时效的持续,η相长大并趋向于呈现魏氏组织形态。Inconel 740的组织稳定性有待于进一步改善。

Inconel 740合金在空气和含有水蒸气的空气中的氧化研究

利用热重分析法、X射线衍射仪和扫描电镜与能谱分析仪研究了Inconel 740合金在空气和含有水蒸气的空气中的高温氧化行为,并分析了该合金的氧化机制.结果表明:Inconel 740合金在950℃的静态空气中氧化时,氧化动力学遵循抛物线规律,氧化膜黏附性能良好,表面氧化膜完整,外层由Cr2O3和少量的(Ni,Co)Cr2O4、TiO2组成,中间层为SiO2和Al2O3,内层氧化物为Al2O3和TiO2;合金在750℃含有10%水蒸气的空气中的腐蚀动力学也近似遵从抛物线规律,表面氧化膜很薄且致密性较差,表面氧化层主要为Cr2O3,内层氧化物为Al2O3和TiO2.

电子束熔炼Inconel 740合金不同热处理状态下的组织演变与显微硬度

利用电子束熔炼技术制备Inconel 740合金,研究热处理状态下合金的组织演变过程与显微硬度的分布情况,分析热处理过程中合金相析出规律与相分布特点。结果表明:合金宏观组织良好,夹杂物含量较少,晶粒尺寸在2mm左右。标准热处理后的组织主要为奥氏体,并有大量孪晶,晶界上碳化物M23C6呈连续分布,同时也有G相和η相析出。晶内析出大量球形、尺寸大小约为30nm的强化相γ′。电子束熔炼制备的Inconel 740合金在标准热处理状态下的显微硬度明显高于传统方法制备的同种合金,约高120HV0.1。

Inconel 740H合金在纯水蒸气环境中的高温氧化行为

通过高温氧化试验研究了Inconel 740H合金在750℃的动态纯水蒸气环境中的氧化行为。结果表明:Inconel 740H合金的氧化增重近似遵循抛物线规律,随氧化时间的延长氧化产物粗大;氧化膜形貌与在干燥空气中氧化的明显不同,但未发现明显的氧化膜开裂和剥落现象;合金氧化100h后形成连续的Cr2O3氧化膜,氧化膜厚度随着氧化时间的增加而增大;氧化1 000h后形成的氧化膜主要由Cr2O3和少量的(Mn,Ni)Cr2O4尖晶石组成,靠近氧化膜的合金内部出现明显的贫铬区,并伴生少量的Al2O3和TiO2内氧化产物。

Inconel 740H合金750℃长期时效后的组织稳定性

对Inconel 740H合金管材在750℃进行500-3000h的无应力时效实验,采用热力学模拟,OM,FEG-SEM,显微硬度测定等方法研究了合金微观组织及显微硬度的变化趋势。结果表明：供货态（固溶处理）管材的合金成分及拉伸性能等均满足ASME要求,管材合格;长期时效后合金的主要析出相为γ′及M23C6,无η,σ等有害相析出。随着时效时间的延长,γ′粒子的粗化速率较快,其规律符合LSW熟化理论,M23C6相尺寸变化不明显;合金的显微硬度呈现先上升后下降的变化趋势,但整体波动较小。长期时效后合金组织及显微硬度的变化表明Inconel 740H在750℃/3000h条件下的组织稳定性较好,可用于进一步进行持久等长时力学性能的检验。

喷丸对Inconel740H合金饱和蒸汽氧化行为影响

为了研究喷丸对Inconel740H合金蒸汽氧化行为的影响,本文制备了喷丸与未喷丸Inconel740H合金样品,分别在700、750℃下,对样品进行1 000h饱和蒸汽氧化试验,使用高精度电子天平测量样品氧化增重,利用X射线衍射、扫描电子显微镜对氧化膜进行了分析。结果表明:Inconel740H合金在700、750℃下氧化动力学曲线基本符合抛物线规律;随着温度升高,氧化速率加快,内氧化现象加剧;表面喷丸加速了氧化物由针片状向颗粒状转变,氧化膜较为平整,无晶界凸起氧化物;表面喷丸加速了O元素的内扩散并形成更多的内氧化产物,从而导致合金的氧化动力学速率增加。研究结果可为该合金服役前的预处理提供依据。

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。

Inconel625合金和TC11合金的短电弧加工特性分析

利用短电弧加工系统对Inconel625合金和TC11合金在不同电加工参数下加工,研究了电参数的变化和电加工高温对该材料的加工性能、金相组织及硬度变化的影响。结果表明:该加工技术对两种难加工材料均具有较明显的去除率,高电压加工去除率更高,但加工表面较粗糙,而低电压加工会获得较好的表面质量。受电加工热能影响,材料金相组织均发生转变,晶粒细化明显,Inconel625合金形成318.6μm厚的热影响层,其硬度提升16.9%;TC11合金形成175.2μm厚的热影响层,其硬度提升32.8%,两种材料的性能变化均能满足后续的精加工要求。

高温合金Inconel 740H在空气和水蒸气环境中的氧化行为

对Inconel740H高温合金在700、800、900℃分别进行空气和水蒸气环境下的高温氧化试验,采用热重法、X射线衍射、扫描电镜和能谱仪研究试样。结果表明：长时间空气氧化形成的氧化膜成分与长时间水蒸气的氧化膜类似,氧化物主要由Cr2O3、NiCr2O4、Al2O3与TiO2组成。合金分别在800、900℃空气中及在800℃水蒸气中的氧化增重与氧化时间近似遵循抛物线规律。水蒸气环境下温度变化对氧化速率的影响要明显高于空气氧化。

新型热处理方法制备超高强度Inconel 718合金

为改善Inconel718合金的组织并优化性能,提出一种980℃,1 min高温超短退火和随后的双时效相结合的新型热处理方法。结果表明,超短退火处理产生了部分再结晶组织,KAM图表明即使在变形晶粒中也形成了再结晶晶核。因此,高温超短退火克服了再结晶势垒,使得后续的再结晶过程可以在较低温度的时效处理过程中完成,从而获得了均匀细化的组织(~3.59μm)。980-1min-aged样品具有优异的拉伸性能,室温极限强度和总伸长率分别为1600 MPa和19%。650℃热拉伸条件下的极限强度和伸长率分别约为1350 MPa和26%。因此,高温超短退火能有效提高Inconel718合金的性能。

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。

750℃时效后Inconel 740H焊接接头的显微组织及性能

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度仪和冲击试验等研究了IN 740H焊接接头750℃时效后的显微组织、硬度和冲击韧性。结果表明:母材和焊缝的硬度随时效时间的延长先增大后减小。焊缝的冲击韧性在时效初期快速下降,之后下降速率减缓,最终趋于稳定。时效过程中,γ′相的长大与M_(23)C_(6)相的析出不仅会降低γ′相的体积分数,还会导致晶界附近形成γ′贫化区。晶内颗粒状γ′相是影响IN 740H焊接接头硬度变化的关键因素。焊缝冲击韧性的快速下降主要由晶界M_(23)C_(6)相的析出和粗化导致。焊缝晶界γ′贫化区的形成会加速晶界裂纹的扩展,也有害于其冲击韧性。

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。

核电用Inconel 690合金管微动磨损损伤机理研究

蒸汽发生器承受高温高压蒸汽作用,其传热管流致振动现角由二次侧向流引起。同时,周期性载荷导致Inconel 690合金管传热管与403SS抗振条存在微动磨损现象,从而使得传热管出现裂纹甚至破裂失效等问题,进而影响核电系统安全运行。采用微动磨损试验机进行Inconel 690合金传热管与403SS抗振条在常温空气和高温空气下不同法向载荷以及位移幅值的摩擦磨损实验,并对Inconel 690合金传热管的表面磨损形貌及氧化成分进行分析,从而揭示蒸汽发生器传热管磨损失效机理。结果表明:在室温空气条件下,随着法向载荷的增大,磨痕表面出现磨屑堆积以及片层剥离,氧化程度逐渐加剧,微动磨损机制以摩擦氧化、磨粒磨损及剥层为主;在高温空气条件下,摩擦力峰值上升,磨痕深度增加且宽度减小,材料表面塑性流动显著,氧化和剥层的程度均有所加深,微动磨损机制以摩擦氧化、剥层为主。

晶界工程调控Inconel 718合金晶界处δ相的析出

目的针对镍基Inconel 718合金在高温服役时强化相转化为晶界δ脆性相从而降低服役性能的问题,通过热机械处理工艺调整晶界脆性相的析出和分布,以提升合金在高温环境下的耐用性和服役性能。方法通过晶界工程(GBE)技术提高样品中低Σ重位点阵(CSL)晶界的比例,调整晶界处δ相的分布规律。利用扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术分析样品的显微组织演化规律。结果GBE处理使样品中低ΣCSL晶界比例较固溶态的54.34%提高至81.43%,显著优化了晶界特征分布。通过SEM分析了δ相在不同类型晶界处的分布特征:较小的δ相沿平行于Σ3c晶界两侧分布、沿垂直于Σ3i晶界两侧分布,沿Σ9晶界一侧呈针状分布;较大的δ相沿Σ27晶界一侧呈短棒状或层片状分布,在随机晶界处杂乱分布。GBE处理后合金的塑性显著提升,其延伸率从固溶态的21.1%提升至GBE态的26.6%。结论通过晶界工程技术提升了镍基合金中低ΣCSL晶界的比例,调整了晶界处δ相的析出规律,优化了Inconel 718合金的微观结构,从而有望提高其在高温环境下的服役性能。

Inconel 718合金粉末热等静压成形及其影响因素

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(Electrode induction melting gas atomization,EIGA)和真空惰性气体雾化法(Vacuum induction melting gas atomization,VIGA)制备Inconel 718预合金粉末,随后采用热等静压工艺制备Inconel 718合金。研究制粉工艺、粉末粒度及包套结构对Inconel 718合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,EIGA粉末具有更好的球形度,成形合金力学性能优于VIGA粉末;综合考虑力学性能、得粉率等因素,选择15~106μm粒度范围的粉末作为热等静压用粉末;包套壁厚的增加对作用在粉末上的有效应力产生屏蔽作用,空腔体积变化对致密化过程影响较小;粉末填充过程的长时间振动会导致粉末发生粒度偏析,需要控制粉末填充过程的振动频率和振动时间。

激光选区熔化成形Inconel 718合金的热处理研究现状

论述了激光选区熔化(SLM)成形Inconel 718合金的成形原理,介绍了SLM成形Inconel 718合金的残余应力、Nb元素偏析等常见缺陷的形成机理,及热等静压、热处理等工艺对其控制的研究现状。重点归纳了固溶+双时效、均匀化+固溶+双时效的热处理工艺对SLM成形Inconel 718合金的缺陷、组织、力学性能、耐腐蚀性能的影响,并对SLM成形Inconel 718合金的热处理工艺、热处理工艺参数、耐腐蚀性等方面的研究进行了展望。