国产Inconel690高温合金室温与高温循环变形行为

对国产核电用Inconel690高温合金在25,200,350℃进行了应变和应力循环加载下的单轴和多轴疲劳试验,分析了其循环应力-应变响应及循环塑性变形特性。结果表明:在试验温度下,无论是单轴还是多轴加载,Inconel690高温合金均主要表现出循环硬化特性,棘轮应变在初始数个循环周次内快速增长,最后迅速达到稳定;在25℃和200℃单轴应变循环一定周次后Inconel690高温合金呈现出轻微的循环软化特性;在多轴循环加载条件下,合金存在较为明显的非比例多轴附加硬化现象。

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。

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。

Inconel 718高温合金耐腐蚀表面层制备

微锻是一种通过微锻头对基体表面进行机械冲击,从而实现表面强化的工艺。针对深海海底条件下高温合金腐蚀失效的问题,提出一种基于微锻机械冲击作用的表面层制备工艺,实现Inconel 718高温合金防腐表面层的制备。实验结果表明,通过微锻制备的Inconel 718防腐表面层致密性好、孔隙较少且具有更小的晶粒尺寸,防腐性能相比基体至少提升了一个数量级;随着表面层厚度的增加和激光后处理的引入,微锻表面层的防腐性能呈现上升趋势。并解释了表面层增强Inconel 718高温合金耐腐蚀性能的机理是优异的阻隔效应和晶界的减少。相比传统防腐涂层,微锻表面层可以有效防止涂层脱落,因此有着更好的结合强度和稳定性。该工艺方案为采用微锻技术提升深海海底油气开采设备服役寿命提供了理论基础。

稀土Y对激光熔覆Inconel 625合金抗高温氧化和热腐蚀性能影响

目的分析稀土Y添加对激光熔覆Inconel 625组织和性能的影响规律,为严苛服役环境条件下的改性Inconel 625合金设计和制备提供借鉴。方法采用真空气雾化工艺,制备含有0.1%(质量分数)Y的IN625-Y粉末,并使用激光熔覆工艺分别制备了IN625和IN625-Y的熔覆试样。对比研究二者在组织和力学性能上的差异,分析稀土Y添加对激光熔覆IN625试样表面氧化膜组成、抗高温氧化、模拟烟气及熔盐热腐蚀性能变化趋势的影响。结果IN625合金和IN625-Y试样的显微组织主要由灰色富含Ni和Cr的γ-Ni基体相和枝晶组成,而IN625-Y试样晶粒组织更为细小,且有少量Laves相析出。IN625-Y和IN625试样的显微硬度分别为(268.8±3.1)HV0.3和(265.2±3.2)HV0.3,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别从(430.1±20.8)、(753.2±19.1)MPa和(37.6±3.4)%,提升到(433.8±21.8)、(774.8±10.4)MPa和(39.2±1.1)%。激光熔覆IN625-Y试样的高温氧化增重和气氛熔盐条件下的热腐蚀增重速率均小于未添加稀土Y的IN625试样。结论基于稀土Y添加对IN625熔覆组织的晶粒细化和洁净化作用,添加稀土Y能整体提升IN625试样的力学性能。激光熔覆IN625-Y试样表面能形成致密且稳定的Cr_(2)O_(3)氧化膜,具有更强的抗高温氧化性能,能更好地抵御SO_(2)气体及NaCl/Na_(2)SO_(4)熔盐的热腐蚀。

基于加工硬化率的高温合金Inconel 690动态再结晶临界条件

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在变形温度为1000~1200℃、应变速率为1~80 s-1条件下进行恒温、恒应变速率的热压缩实验,测试了高温合金Inconel 690(IN690)的真应力—应变曲线。采用加工硬化率方法,研究了Inconel 690高温合金的动态再结晶临界条件,并引入Zener-Hollomn参数建立了材料的临界应变、临界应力、峰值应变和稳态应变的模型。采用加工硬化率方法确定的动态再结晶发生的临界应变值与Sellars提出的经验模型相吻合。

Inconel 690合金高温微动磨损特性研究

采用SRVⅣ高精度微动磨损试验机研究核电材料Inconel 690合金的高温微动磨损行为和机制.结果表明:温度升高使摩擦系数和磨损量逐渐减小;温度升高至270℃,微动区域特性由完全滑移区转变为部分滑移区;室温下,由剥层造成的表面磨损占主导地位,随着温度的升高,疲劳裂纹的萌生和扩展为微动的主要破坏机制.摩擦氧化主要发生在滑移区,中心黏着区相对很少.在部分滑移区,疲劳裂纹萌生在黏着区与微滑区交界处.室温下亚表层更易出现剥层,高温下更易形成压实的氧化层.

Inconel 690合金的高温拉伸变形行为

采用Gleeble-3800型热模拟试验机研究了Inconel 690镍基合金在1000～1250℃、应变速率为0.1～10s^(-1)条件下的高温拉伸变形行为,获得了流变应力和断裂特征随变形温度和应变速率的变化规律。结果表明:该合金在高温拉伸变形中的流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大,1100～1250℃是其较佳的塑性变形区;合金的高温拉伸变形流变应力可用双曲正弦形式的本构方程来描述,其变形激活能为654.7kJ·mol^(-1);随着变形温度的升高和应变速率的增大,合金的断裂机制由微孔聚集型断裂向沿晶断裂转变。

接触应力和高温环境对Inconel 690合金微动疲劳寿命的影响

核电设备中的蒸气发生器传热管材料Inconel 690合金在高温高压力下易发生微动而影响其使用寿命。在Instron 8850动态疲劳试验机上采用自制的微动疲劳装置,研究了Inconel 690合金钢与同种材料对摩时的微动疲劳特性,重点考察了接触应力与环境温度对其微动疲劳寿命的影响。结果表明:当接触应力较小时,微动桥压块与试件表面间有相对滑动,微动运行于滑移区,且微动疲劳寿命随接触应力的增加快速下降;当接触应力超过80 MPa后,微动运行于混合区,当接触应力在120 MPa左右时微动疲劳寿命达到最低值;而随着接触应力的继续增大,微动由混合区向部分滑移区转变,疲劳寿命呈上升趋势;环境温度的升高加速了微动接触界面的氧化并可导致疲劳寿命下降;当温度超过300℃时,微动疲劳寿命接近最低值且不再随环境温度的增加而发生明显下降。

Inconel625合金在200~600℃下力学性能及本构方程研究

研究了Inconel625合金在200~600℃的力学性能变化,利用SEM、万能材料试验机等仪器分析温度对Inconel625合金抗拉强度的影响。结果表明:Inconel625合金在200~600℃抗拉强度随着温度的升高逐渐降低,600℃时抗拉强度保留率为室温的87.7%,断裂机制由韧性断裂逐步演变为脆性断裂。开展了不同温度、不同应变速率下的高温拉伸试验,根据试验结果推导出了Inconel625合金在热变形过程中的本构方程,将实测值与预测值进行了对比,验证本构方程的准确性,其相对误差最大为6.04%,具有很好的吻合度。

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 625合金在富氧高温熔渣中的腐蚀行为

针对镍顶吹熔炼喷枪使用寿命低的问题,以Inconel 625合金为替代材料,采用挂片试验,研究了该合金在氧气流量为15000~42000 Nm^(3)/h,熔渣温度1400℃下的腐蚀行为及机理.采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、电子探针及显微硬度计等分析了试样的组织形貌、元素分布及硬度.结果表明:15~20 h时Cr_(2)O_(3)等氧化膜的形成阻碍了氧化腐蚀的进行;合金的严重腐蚀区域发生在表面0~250μm,250~1650μm为热影响区;富Nb贫Cr区优先被腐蚀,随着由Cr_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、Cr_(2)S_(3)、Nb_(0.1)Ni_(0.9)、[Mg、Fe]_(2)SiO_(4)等构成的复杂氧化膜体系的不断形成与分解,合金中各主要元素不断腐蚀脱落,且氧化膜中的Mg、S元素来源于熔渣;腐蚀后的合金表面硬度明显降低.

高温水中硫酸根阴离子对Inconel 600合金应力腐蚀开裂的影响

采用慢应变速率试验(SSRT)研究了硫酸根阴离子浓度对Inconel 600镍基合金在模拟压水堆(PWR)一回路水中应力腐蚀开裂(SCC)敏感性的影响。结果表明:硫酸根离子促进Inconel 600镍基合金在高温水中的应力腐蚀开裂;随着硫酸根离子浓度升高,合金SCC敏感性增大;当高温水中硫酸根离子含量超过300μg/kg时,断口边缘出现局部腐蚀和局部穿晶裂纹。

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。

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。

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。

Inconel 690合金高温高压应力腐蚀研究进展

高温高压环境下的应力腐蚀破裂是690合金面临的主要腐蚀形式之一。本文从材料、应力和腐蚀环境三方面,分别对合金元素组成,不同冷、热加工下的组织状态,腐蚀溶液中的离子、pH值,外加电位等因素对690合金高温高压应力腐蚀破裂行为的影响进行了综述。

固溶处理对Inconel690合金组织影响

通过研究不同固溶温度对Inconel690合金硬度、晶粒度和析出相的影响,以期确定Inconel690合金固溶工艺.研究结果表明:固溶温度对Incone1690合金硬度有比较明显的影响,而对晶粒度影响很大.温度超过 1070℃时,发生晶粒显著长大现象.从理论计算和扫描电镜分析得出 Inconel690合金中（Fe,Cr,Ni）23C6碳化物的完全溶解温度范围为 1070～1090℃.

Inconel 601镍基高温合金激光焊焊缝的显微组织

对3.0 mm厚的Inconel 601镍基合金激光焊后焊接接头的显微组织进行研究。结果表明:凝固后焊缝金属仍呈奥氏体相,其相组成由奥氏体基体γ相、γ′相(Ni3Al为主)以及碳化物相(Cr23C6)组成。同时,熔池金属以交互结晶的方式优先依附在半熔化状态的母材晶粒表面生长。另外,在焊缝金属中观察到以胞状和树枝状为主的亚结构,亚结构中存在凝固亚晶界、凝固晶粒边界和迁移晶粒边界。