INCONEL617合金的高温时效析出相

INCONEL 617合金(简称617合金)具有较好的高温强度、塑性以及良好的抗氧化、抗腐蚀性能,故可作为超超临界机组耐高温候选材料。为进一步了解617合金长期高温时效后的析出相及其组织结构,在760℃下对该合金进行长达10 000 h的时效试验,借助扫描电镜和透射电镜等分析设备研究617合金高温时效处理(简称时效)后的析出相。结果表明:在760℃时效10 000 h过程中,617合金析出面心立方结构的M23C6、M6C碳化物和面心立方有序结构的γ′相,γ′相分布于晶内,M23C6和M6C碳化物在晶界和晶内均有析出;整个时效过程晶内析出相基本稳定;时效300～3 000 h过程中,晶界析出相均呈不连续分布,时效至5 000 h,晶界碳化物聚集且连续分布,晶界M6C碳化物数量明显增多;时效300 h后硬度明显升高,时效1 000 h后硬度达到最大值,时效5 000 h后硬度有一定幅度降低。

Inconel617合金表面电子束熔覆WC-CoCr显微组织和耐磨性研究

Inconel617合金材料在实际应用中以耐腐蚀性、高温抗氧化性能和耐磨性为主。但是,其本身耐磨性比较低。为了提高Inconel617合金表面耐磨性,采用高速火焰喷涂与电子束表面改性技术在Inconel617合金表面制备了WC–Co Cr陶瓷涂层。分析了合金层的微观组织结构和元素分布情况,测试了合金层的硬度与耐磨性。结果表明,在电子束熔覆处理过程中,涂层重熔与基体形成冶金结合,使其耐磨性能大大提高。熔覆层硬度相比Inconel617合金硬度高出620HV0.3。

Inconel617合金表面电子束熔覆NbMoCr显微组织和耐腐蚀性的探讨

为了提高Inconel617合金(简称617合金)材料的表面性能,利用电子束熔覆技术在617合金表面制备了NbMoCr熔覆层.对它的显微组织、硬度和耐腐蚀性能进行了研究,并与617合金进行了对比.结果表明,NbMoCr熔覆层的组织更均匀,晶粒更细小,气孔等缺陷更少,且生成了微量M23C6,Cr7C3,Cr4Si4Al13,CoCx等硬质相,提高了熔覆层的表面硬度及耐腐蚀性.经检测,熔覆层硬度相比617合金硬度高出86 HV10.电化学腐蚀测试表明,在1 mol/L H2SO4溶液中,617合金自腐蚀电流密度是NbMoCr熔覆层的5.16倍;在3.5%的NaCl溶液中,617合金自腐蚀电流密度是NbMoCr熔覆层的4.6倍;在1 mol/L NaOH溶液中,617合金自腐蚀电流密度是NbMoCr熔覆层的3.12倍.

深冷处理对Inconel 617合金组织和力学性能的影响

深冷处理方法由于操作简单,价格低廉且对材料性能改善明显目前被广泛应用.采用深冷处理方法对Inconel 617合金进行了不同处理时间和次数条件下的试验.利用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)分析了Inconel 617合金的微观组织结构,采用万能拉力试验机进行了室温下的拉伸试验.结果表明:深冷处理后Inconel 617合金的晶粒尺寸得到了细化.单次深冷处理12、24 h后合金的小角度晶界分数增大,这有助于合金拉伸强度和塑性的提高.但是深冷处理后合金中析出了大量的碳化物,降低了其强度.

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。

镍基合金Inconel 617在高温超临界CO_(2)下的腐蚀特性研究

对镍基合金Inconel 617在550~700℃、15~25 MPa超临界二氧化碳(S-CO_(2))环境下进行了1000 h的氧化腐蚀实验,得到了其氧化动力学曲线,并借助扫描电镜(SEM)、电镜自带能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)等表征手段对氧化膜的形貌、物相及成分进行了分析。结果表明:温度显著影响合金的氧化速率,700℃时氧化动力学呈立方规律;在所有温度下合金都形成了致密的单层氧化膜结构,随着温度升高,下方晶界处出现少量孔洞;在合金表面氧化膜主要出现富Ti疖状氧化物,下方晶界孔洞处出现了Al氧化物的富集。

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。

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。

Inconel 617合金持久强度的评估

在已有文献的基础上,利用Larson-Miller参数法对700℃超超临界电站候选合金Inconel 617的持久数据进行了研究。结果表明,Inconel 617合金持久强度的预测精度与LMP建模所用数据关系密切;与利用595~1 095℃范围内的所有实验点建模相比,由900℃以下数据外推所得持久强度预测值与参考值/真实值更为一致。进一步对显微组织的研究表明产生上述现象的原因与合金在高温段(900℃及以上)的显微组织,特别是强化相的类型、数量等均发生了明显变化有关。因此,在评估此类合金的持久性能时,应慎用高温区数据,从而降低性能的误估倾向。

INCONEL617镍基合金制备及耐蚀性分析

采用真空冶炼技术制备了INCONEL617镍基合金。采用ICP全谱直读等离子光谱仪分析了合金的实际成分,采用显微镜观察了该合金的金相组织,利用X射线衍射仪分析了合金的相结构。研究了INCONEL 617合金在不同腐蚀介质中的耐腐蚀性。结果表明,制备的INCONEL 617合金实际成分满足设计要求。该合金在盐酸、硝酸及硫酸中具有优异的耐腐蚀性,在氢氟酸中具有较好的耐蚀性。

高温合金Inconel 617B的热变形及动态再结晶行为

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了高温气冷堆热交换器用高温合金Inconel 617B在变形温度为950~1200℃,变形速率为0.01~5 s^-1条件下的热变形及动态再结晶行为。结合峰值应力构建了该合金的Arrhenius高温本构模型,用以描述热变形参数对变形抗力的影响规律,同时确定其热变形激活能为473.867 kJ/mol;基于Poliak-Jonas理论得到了Inconel 617B的临界动态再结晶条件,峰值应变与临界应变的线性拟合相关性达到97.8%,高温低速率下变形时临界应变值较小;建立了Avrami动态再结晶动力学模型,升高温度或减小变形速率可促进动态再结晶的发生,明确了原始奥氏体晶界是发生动态再结晶的主要形核点,且以非连续动态再结晶为主导。

Inconel 617合金中第二相的析出规律研究

利用SEM和TEM对Inconel 617合金在700℃时效0~1000 h后的M23C6碳化物和γ′-Ni 3(Ti,Al)相的析出规律及第二相析出对硬度的影响进行了研究。结果表明,700℃时效过程中样品在160 h时达到硬度峰值,且硬度的提高与晶界处析出的不规则M23C6碳化物、晶粒内部析出的棒状M23C6碳化物和球状γ′相有关,其中γ′相对材料的强化效果更明显。时效初期,第二相以M23C6碳化物为主,γ′相倾向在碳化物周围的富Al和Ti的区域形核长大。两种相互依附的析出相存在共格取向关系,限制彼此的生长。γ′相数量不断增多并向碳化物内部生长,导致碳化物逐渐分解。时效后期,晶粒内部的碳化物几乎消失,晶粒内部弥散分布着大量球状γ′相。根据实验结果,讨论了两种析出相的析出长大规律。

Inconel625合金激光熔覆过程中显微组织演变的数值模拟

基于MATLAB模拟平台并结合晶粒的形核与生长理论,采用元胞自动机-有限差分方法构建了Inconel625合金激光熔覆层显微组织演变的数值计算模型,利用该模型对单道激光熔覆过程中合金的显微组织演变进行了模拟,并进行了试验验证,同时研究了激光热输入和异质形核数量对熔覆层晶粒形貌的影响。结果表明:采用建立的模型模拟得到熔覆层内部由柱状晶以及分布在柱状晶之间的亚晶粒组成,靠近熔合线区域由胞状晶组成,与试验结果相吻合;模拟和试验得到柱状晶的平均宽度分别为2.817,2.743μm,相对误差仅为2.69%,验证了计算模型的可靠性;随着激光热输入的减小或异质形核数量的增大,熔覆层组织逐渐细化,晶粒数量增多,柱状晶宽度减小。

基于电化学方法的Inconel718合金显微组织对应力腐蚀敏感性研究

采用电化学刻蚀试验方法、阳极极化曲线、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等试验从δ相的分布、阳极极化快速扫描和慢速扫描等方面研究了电化学刻蚀方法及阳极极化曲线在评价Inconel718合金材料内δ相的分布与形态、晶间应力腐蚀(IGSCC)敏感性的适用性及显微组织对应力腐蚀敏感性的影响。结果表明:电化学刻蚀方法及快慢扫阳极极化曲线能够实现快速评估Inconel718合金内δ相的分布、形态及Inconel718合金IGSCC敏感性;晶间δ相的存在导致Inconel718试样的RSR、PSCC在低电位区间内增大,与Inconel718合金IGSCC敏感性具有密切关系。

CuCrZr/Inconel 625异种材质合金管激光焊接工艺与接头界面组织性能

对CuCrZr与Inconel 625异种材料合金管进行激光对焊试验,观察分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析,试验结果表明,在1100~1300 W的激光功率,+20 mm的离焦量以及14.5 mm/s的焊接速度,20 L/min的99.9%Ar气保护时焊缝成形良好,可实现Inconel 625/CuCrZr管的全位置焊接,焊缝内部缺陷较少,但随着焊接功率的增加焊缝下塌现象明显;Inconel 625/CuCrZr焊缝与母材连接界面元素过渡明显,由于Ni元素,Cu元素互溶,在焊缝内部主要以富Ni的Ni/Cu固溶体存在,在激光焊接过程中CuCrZr母材受激光搅拌作用,有部分铜母材被“卷入”焊缝内,待工件冷却后保留在焊缝内部;Inconel 625/CuCrZr管激光焊接接头抗拉强度较高,晶粒粗大的CuCrZr的热影响区位置是主要断裂位置,断裂形式以韧性断裂为主.

环境温度对AISI 4130钢TIG堆焊Inconel 625合金温度场及应力场的影响

环境温度对非熔化极气体保护焊(TIG)堆焊过程中堆焊层的温度场与应力场有着重要影响。为了探明AISI 4130钢TIG堆焊Inconel 625合金过程中缺陷的产生原因,采用ABAQUS有限元分析软件,对不同热输入量和不同环境温度条件下TIG堆焊Inconel 625合金的温度场和应力场分布规律进行研究。结果表明,当堆焊工艺参数相同时,在较低的环境温度下(0℃)焊缝残余应力高,分布不均匀,焊接变形大,容易产生焊接缺陷。通过适当降低焊接电流及焊接速度,在保证热输入量的条件下,可降低焊接峰值温度、残余应力及应变,从而减少裂纹、孔洞等焊接缺陷的产生,提高焊接质量。

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。

Inconel 617镍基合金焊接接头热影响区组织和性能分析

采用钨极氩弧焊(TIG焊)对Inconel 617镍基合金(617合金)进行焊接,研究焊接热过程对接头热影响区(HAZ)组织和硬度的影响。采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对接头的HAZ和母材(BM)的组织进行表征。结果表明:母材的基体为奥氏体,奥氏体晶粒大小不均匀。奥氏体晶粒内部和晶界间存在大量细小的M23C6碳化物。碳化物沿轧制方向呈带状分布。靠近母材的HAZ处奥氏体晶粒内部和晶界间M23C6碳化物粗化,在靠近熔合线的HAZ处奥氏体晶界处形成连续富Cr和Mo元素的片层状结构。对焊接接头进行维氏显微硬度测试,发现母材和HAZ的硬度值没有明显变化。实验结果表明:TIG焊过程对接头HAZ的性能影响不大,是一种适合617镍基合金的可靠的焊接方法。

Si对Inconel 718合金中γ相影响的第一性原理研究

随着航空航天、能源化工等领域的快速发展,人们对高温合金的性能提出了更高的期望.Inconel 718(简称IN 718)是目前用量最大的镍基高温合金,目前国内外关于Si对IN 718合金组织与性能影响的研究,尤其是在微观尺度上的研究,还存在大量空白.本文从第一性原理计算出发研究了Si掺杂对IN 718合金中γ相的影响,计算了Si掺杂前后γ相的晶格常数、总能量、缺陷形成能、形成热、结合能、态密度和差分电荷密度,并进行了布居分析.同时利用等离子熔覆的方法制备了IN 718涂层以及Si质量分数为2%的IN 718涂层,并对其进行显微组织及相结构的分析.计算结果表明,Si的掺杂改变了体系内原子的交互作用,影响了原子之间的价电子数量、电荷密度分布及原子之间键合的强度,从而扩大了γ相的晶胞体积,同时降低了γ相的稳定性.实验结果表明,Si掺杂会使得IN 718合金涂层组织发生由柱状晶向等轴晶的转变,并降低IN 718合金中γ相的体积分数,同时,Si掺杂会加剧合金组织内Nb和Cr元素的偏析.

Inconel 625合金堆焊金属开裂机理研究

针对Inconel 625合金焊接热裂纹问题,文中基于大厚度堆焊裂纹敏感性评价方法对采用GTAW工艺、ERNiCrMo-3焊丝堆焊的金属进行了开裂机理研究.结果表明,堆焊金属的微观组织主要由柱状树枝晶组成,堆焊金属组织中析出相主要有Laves(Ni,Fe,Cr)_(2)(Nb,Ti,Mo)相、MC型碳化物和针状δ(Ni3Nb)相.大厚度堆焊金属组织局部存在位于一次枝晶间、沿柱状晶方向的结晶裂纹.在裂纹附近的组织及断口发现存在大量密集分布的δ相,裂纹的形成主要与结晶终了阶段形成的共晶δ(Ni3Nb)有关.Inconel 625合金堆焊金属存在以共晶Laves、共晶δ分别为终凝析出相的(1)、(2)两种凝固模式.相比较而言,结晶终了阶段发生L→γ+δ共晶反应的模式(2)热裂纹敏感性较大,从而造成Inconel 625合金开裂.