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。

不同温度对Inconel 718合金微动磨损行为的影响研究

Inconel 718高温合金在航空航天、燃气轮机和核电能源等领域有着广泛运用,为评价其在实际服役工况下的微动磨损性能,采用自主研制的高温微动磨损试验机开展切向微动磨损试验,研究并揭示不同环境温度下材料的微动运行行为、材料损伤响应和磨损机理。结果表明:环境温度对Inconel 718合金微动磨损区域特性及其损伤机理有较大影响。在不同位移幅值下,随着环境温度的升高,微动磨损均向完全滑移的方向转变。微动部分滑移区的磨损机制主要为黏着磨损,且随着温度的升高黏着加剧并在600℃转变为混合区。对于微动混合区或滑移区,其损伤机制由较低温度(室温和200℃)下的疲劳磨损主导转变为较高温度(400和600℃)下的黏着磨损和磨粒磨损主导,同时氧化磨损加剧。此外,环境温度的升高将不同程度加剧材料的微动损伤,其磨损率约为室温工况下的1.76~18.60倍,不同位移幅值下所导致最大磨损率的温度阈值亦不尽相同。研究结果为不同服役温度下Inconel 718合金的抗微动损伤防护提供了理论数据和应用参考。

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。

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。

选区激光熔化制造Inconel 718合金的氢脆行为

后热处理可以有效改善选区激光熔化(SLM)制造的Inconel 718合金的强塑性匹配,但其氢脆断裂行为目前还尚不明确。为此,对SLM制造的Inconel 718合金进行了高温固溶+单级时效热处理,并采用扫描电镜的电子背散射衍射(EBSD)和背散射电子(BSE)成像对其显微组织进行了分析,通过预充氢前后的拉伸实验对合金的氢脆敏感性进行了评估,并采用EBSD和BSE对拉伸试样的断口表面形貌和裂纹扩展路径进行了分析。结果表明:热处理后,SLM制造的Inconel 718合金的抗拉强度可达1341 MPa,并保持24.5%的断后伸长率,但也具有较高的氢脆敏感性,充氢96 h后合金的强度损伤和塑性损失分别达到18.5%和52.3%。拉伸过程中晶界上由于δ相以及滑移带引起的应力集中促进了晶界上氢的局部富集,从而诱发沿晶氢脆裂纹的萌生及扩展。

Inconel 718合金激光增材修复关键工艺优化

为了进一步优化制备试样的成形质量并延长其服役寿命,首先探究了工艺参数对激光增材修复Inconel 718合金成形质量及力学性能的影响,采用正交设计试验方法进行Inconel 718合金单道沉积层熔覆试验,观察了不同工艺参数下单道熔覆层的表面形貌并测量其宽度和高度,通过极差值与排序结果,分析工艺参数对单道熔覆层几何形状的影响规律,得到3个主要的工艺参数对单道熔覆层形貌的影响排序,从而获得最优的工艺参数组合;之后,利用调控后的工艺参数成功制备出无裂纹、孔隙等缺陷的块状Inconel 718合金试样,选择激光功率为主要探究因素,研究激光功率对熔覆块状Inconel 718合金显微组织、硬度、抗拉强度和断后伸长率的影响,构建工艺参数,显微组织与力学性能间的联系.结果表明,激光功率和粉末供给速率分别为影响熔覆高度和宽度的主要因素;当激光功率为1600 W,扫描速度为12.5 mm/s,送粉速率为8 g/min时,由于温度梯度和冷却速度的影响,熔覆试样的微观组织致密、晶粒细小,枝晶间距适当,具有优异的抗拉强度和断后伸长率.

不同形状的表面织构刀具仿真车削Inconel 718合金研究

目的针对目前车削Inconel 718镍基高温合金主要面临的可加工性差和刀具磨损两个问题,提出表面微织构技术进行刀具设计与制备。方法首先建立微织构刀具的理论刀-屑接触长度模型,其次,利用理论刀-屑接触长度模型,建立表面织构刀具切削力的理论模型以及切削热的理论模型;最后,根据理论刀-屑接触长度的变化规律,对微织构刀具的切削力、切削温度进行理论分析,并最终建立有限元仿真模型。结果通过有限元仿真结果表明微织构刀具比硬质合金刀具的车削性能要好。结论与硬质合金刀具的切削力对比,微织构刀具的三向切削力均偏小;且轴向力、径向力在一定范围内波动,主切削力呈增长趋势。与硬质合金刀具的切削温度对比,微织构刀具可以降低切削过程中切削热,且圆形微织构刀具是3种微织构刀具中切削温度最低的;与硬质合金刀具对比,表面微织构可以降低刀具表面磨损问题,减少刀具与切屑的挤压作用和摩擦作用,且不同形状的表面织构产生的磨损深度不同。

Cu掺杂对Inconel 718合金Laves相稳定性的影响

采用第一性原理计算与实验相结合的方法,研究了Cu掺杂对Inconel 718合金中Laves相的影响。构建了Laves相Fe_(8)Nb_(4)晶胞的掺杂模型,计算分析了Cu掺杂前后体系的平衡晶格常数、形成热、结合能、电荷差分密度以及弹性常数等。计算结果表明,Cu元素掺杂Laves相后,体系发生晶格畸变,稳定性降低;Cu原子掺杂增加了Laves相的硬度,但对体系塑性的影响比较复杂。实验结果表明,Cu能够固溶到Laves相中,降低Laves相的固溶温度,Cu掺杂Laves相导致体系原子间结合强度的降低是造成Laves相固溶温度降低的本质原因。

电子束扫描速度对Inconel 718合金组织和力学性能的影响

Inconel 718是一种典型镍基高温合金,采用电子束增材制造可成型复杂形状高温合金构件,但电子束增材制造Inconel 718合金的微观组织演化及其对力学性能的影响尚不清楚。本文采用选择性电子束熔炼(EBM)方法制备Inconel 718合金,并对合金进行热处理。研究结果表明,将扫描速度从1980mm/s提高到2480mm/s会导致熔池的深宽比更高,凝固结构从胞状晶逐渐转变为柱状树枝晶,并且枝晶间距和平均柱状晶粒尺寸逐渐减小,沿打印方向的晶粒择优取向为<001>。

选区激光熔化成形Inconel 718合金孔隙缺陷的研究

目的研究选区激光熔化成形Inconel 718合金的孔隙缺陷,对缺陷进行科学分类并探究其形成机制,建立熔池溅射特征与缺陷形貌的对应关系,优化工艺参数,抑制缺陷产生。方法采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)分别对Inconel 718粉末的显微组织和化学成分进行观测,使用数字视频显微镜分析成形件内部缺陷,利用高速摄像机拍摄金属液滴的动态飞溅过程,并定量分析溅射特征参数。结果随着激光功率的增大,能量密度升高,总的溅射数量增大,孔隙数量增多;当扫描速度增大时,能量密度降低,总的溅射面积减小,孔隙尺寸变小。当缺陷的圆度Circ≥0.731或纵横比AR≤1.368时,缺陷形貌由不规则向规则演变。当能量密度E=95.24 J/mm^3时,相对致密度达到99.94%。经测量,所有样品的孔隙率和孔隙尺寸的平均值分别为2.249%和2.774μm^2。结论孔隙缺陷可分为不规则的匙孔缺陷和规则的气孔缺陷两类,存在发生演变的圆度/纵横比门槛值。熔池震荡引起溅射特征变化,对应产生不同形貌特征的缺陷。减小激光功率和增大扫描速度可降低能量密度,使熔池震荡程度减弱,从而抑制缺陷产生,提高成形件的相对致密度。

固溶处理对选区激光熔化Inconel 718合金组织与硬度的影响

利用选区激光熔化技术制备Inconel 718合金,对其在不同温度、时间和冷却条件下进行热处理。采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射仪和显微硬度计研究不同热处理工艺条件下Inconel 718合金的微观组织与硬度。结果表明:当热处理温度为1080℃时,沉积态合金中的束状亚结构消失、第二相含量减少,随着保温时间的延长,晶粒开始由非均匀柱状晶转变为再结晶晶粒,残余应力集中区和小角度晶界逐渐减少,并且形成<111>60°退火孪晶,硬度从292 HV降低至253 HV;当热处理温度为1130℃时,沉积态合金中的非平衡组织全部发生再结晶,残余应力集中区基本消失,晶粒内部出现均匀的退火孪晶,硬度保持在220 HV左右;对于1080℃/60 min热处理试样,随炉冷却方式的硬度高达431 HV,其较高的硬度主要与随炉冷却形成大量的亚结构和析出相有关。

Inconel 718合金粉末粒形定量表征及其SLM成形工艺优化

结合多个粒形指标,对气雾化法制备的激光选区熔化专用Inconel 718合金粉末的粒形进行量化表征,并研究激光选区熔化成形Inconel 718合金的表面质量、致密化行为、组织结构与力学性能。结果表明:Inconel 718合金粉末的整体球形度较高;进行激光选区熔化成形时,过高或过低的体能量密度均会导致熔覆表面出现明显的球化现象与孔隙,体能量密度在120~140 J/mm3区间时,试样的成形效果较好。在优化的成形参数下,沉积态Inconel 718合金内部存在大量具有方向性的树枝晶结构,且侧面熔池内部的树枝晶基本垂直于边界向心生长;合金的室温与650℃高温伸长率分别高出标准锻件1.7倍和2.6倍;650℃下合金的抗拉强度低于室温抗拉强度,但伸长率是室温伸长率的1.5倍。

热等静压处理对选区激光熔化成形Inconel 718合金各向组织及力学性能的影响

目的 研究热等静压处理对选区激光熔化(SLM)成形不同沉积方向Inconel 718合金试样显微组织和力学性能的影响规律,提升Inconel718合金的综合力学性能。方法 采用SLM技术制备平行沉积方向和垂直沉积方向的Inconel 718合金试样,并对试样进行热等静压(HIP)处理和热等静压+固溶时效(HIP+HT)处理。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和电子背散射衍射(EBSD),对合金的显微组织、断口形貌、物相组成、晶粒形貌及取向进行分析。对试样进行显微硬度和拉伸强度性能测试,对比分析不同沉积方向SLM、HIP及HIP+HT试样的显微硬度、拉伸强度、屈服强度以及断口延伸率。结果 SLM成形的Inconel718合金经热等静处理后,平行方向的晶粒形态由柱状晶转变为等轴晶,晶粒尺寸增大,并伴随有孪晶形成。晶界处的Laves相基本溶解,同时有许多MC碳化物在γ基体中析出。不同处理状态下平行方向试样的拉伸强度、屈服强度和硬度值均小于垂直方向。平行和垂直方向SLM成形件的拉伸强度σb分别为996.3MPa和1051.1MPa,热等静压处理后σb分别提高至1151.5 MPa和1167.6 MPa。对比3种处理工艺,垂直方向的HIP+HT试样具有最高的强度和硬度,且整体性能优于锻件技术标准要求。断口分析表明,3种试样的断口均呈韧性断裂。结论 热等静压处理可以消除裂纹和孔隙等缺陷,促进不同方向的显微组织均匀化,从而综合提升SLM工艺制备的Inconel 718合金的力学性能。

Inconel 718合金激光熔覆Stellite3/Ti_(3)SiC_(2)复合涂层摩擦学性能研究

为了探究高温下Inconel 718合金的摩擦学性能,使用激光熔覆制备了三种不同粉末质量配比的复合涂层:Stellite3-5%Ti_(3)SiC_(2)(C1)、Stellite3-10%Ti_(3)SiC_(2)(C2)和Stellite3-15%Ti_(3)SiC_(2)(C3)(均为质量分数),并通过物相分析、组织形貌和显微硬度分析,探究其在室温和600℃条件下的摩擦学行为.结果表明,涂层中主要含有γ-Co、(Fe,Ni)固溶体,金属间化合物Cr_(2)Ni_(3)以及碳化物WCx、TiC和Cr_(7)C_(3),由于硬质相碳化物的存在,涂层的显微硬度提高到基体(262.7 HV_(0.5))的1.6~2.5倍,分别为662.74 HV_(0.5)、521.47 HV_(0.5)和419.44 HV_(0.5),并且摩擦学性能也有所改善,其中室温下效果最好的为C1涂层,摩擦系数降低了20.52%,耐磨性提高了85.45%;600℃下性能最好的为C2涂层,耐磨性提高了79.53%.室温时基体、C1及C2涂层出现塑性变形和磨粒磨损,C3涂层由于硬度较低出现黏着磨损.600℃下各样品均发生氧化磨损,其中氧化、黏着磨损和严重塑性变形为基体的磨损机理,三种涂层由于加入了Ti_(3)SiC_(2)导致磨损减轻,除氧化外主要为磨粒磨损.

电子束精炼及层覆凝固Inconel 718合金的流变行为及本构方程

对电子束层覆凝固Inconel 718合金(EBLS 718合金)和电子束精炼Inconel 718合金(EBS 718合金)进行等温压缩试验,变形温度分别为1010,1050,1100,1140℃,应变速率分别为0.001,0.01,0.1,1 s^(-1),对比研究了2种合金的热变形流变行为,基于Arrhenius本构方程建立了2种合金的本构方程。结果表明:2种合金在不同变形温度和应变速率下的流变行为相似;流变应力均随着应变速率的增加而增大,随着变形温度升高而降低;由于存在层覆界面,EBLS 718合金在热压缩变形过程中在更低温度下出现了屈服下降现象,变形激活能更低,动态软化效应更加明显;2种合金变形机制均主要为晶格自扩散引起的高温攀移机制。

Delta工艺Inconel 718合金热变形条件下的流变行为

在Gleeble-3500热模拟实验机上对Delta工艺Inconel 718合金进行高温压缩实验,研究其高温压缩变形的流变应力行为。结果表明:δ相时效态Inconel 718合金在本实验条件下具有正的应变速率敏感性,流变应力随着应变速率的降低和变形温度的升高而减小,动态再结晶是合金重要的软化机制。δ相时效态Inconel 718合金的热变形激活能为497.407 kJ/mol,高温压缩峰值流变应力与变形温度和应变速率的关系可用双曲正弦函数表示。

冷轧变形对Inconel 718合金δ相析出动力学的影响

采用X射线衍射测定了冷轧Inconel718合金在不同加热条件下的δ相含量，研究了冷轧变形对δ相析出动力学的影响．结果表明，δ相析出的质量分数与时间的关系符合Avrami方程，在加热温度为960℃时，冷轧变形量对时间指数（n）和δ相析出速率（α）的影响不大；低于910℃，随冷轧变形量的增加和加热温度的提高，n值减小而α值增加．δ相的析出速率与加热温度的关系符合Arrhenius方程，随冷轧变形量增加，δ相析出激活能降低，冷轧变形促进γ＂→δ转变，给出了冷轧Inconel718合金δ相等温析出动力学曲线（PTT），随冷轧变形量增加，C曲线向左移动．

Inconel 718合金方坯粗轧加热过程晶粒长大模型

以Inconel 718合金锻坯为研究对象,在1173—1423 K的温度范围内,研究了加热温度和时间对Inconel 718合金锻坯晶粒尺寸变化的影响,推导并验证了具有普适意义的适合Inconel 718合金锻坯粗轧加热过程的晶粒长大模型.研究结果表明:随加热时间的延长,在1173 K加热时,晶粒尺寸变化不显著;1173—1323 K加热时,晶粒尺寸呈线性长大;高于1323 K加热时,晶粒尺寸呈抛物线性长大.所建立的Inconel 718合金的晶粒长大模型适用于等温条件和非等温条件下晶粒尺寸演变的计算.

Inconel 718合金δ相的溶解动力学

采用X射线衍射技术测定了Inconel 718合金中δ相在980、1 000和1 020℃时的溶解动力学,并采用扫描电镜进行了组织观察。结果表明:Inconel 718合金在980、1 000和1 020℃保温过程中,δ相含量逐渐降低,经1 020℃保温2 h后,δ相可完全溶入基体;当温度为980和1 000℃时,δ相的平衡含量分别约为3%及0.6%。δ相的溶解过程可分为两个阶段,溶解初期主要表现为长针状δ相长度方向的断裂,且很快溶解断裂为短棒状及颗粒状,同时在厚度方向上尺寸逐渐减小;随着溶解过程的进行,后续的溶解过程主要为短棒状及颗粒状δ相尺寸的减小。δ相溶解动力学过程的控制环节并非Nb或Ni原子的长程扩散过程,而为δ相分解的界面反应过程。