热等静压扩散连接技术研究进展

简述了热等静压扩散连接技术的原理及特点,从材料体系及工艺参数的选择、计算机模拟、界面无损检测3方面阐述了该技术的研究动态,并介绍了其主要应用,最后对其发展前景进行了展望。

氮化硅陶瓷的热等静压处理与抗热震性能研究

以氮化硅喷雾造粒粉为原料,通过高温常压烧结及热等静压处理烧坯两种制备方法获得的氮化硅陶瓷材料,进行了陶瓷显微组织结构、热导率与抗热震性能研究。结果表明热等静压处理能够消除烧结体的残余孔隙,有利于提高陶瓷的强度、热导率和抗热震性能。

粉末冶金制备22Cr-ODS合金的高温氧化行为研究

采用粉末冶金热等静压工艺制备了氧化物弥散强化FeCrAl合金,探究在1000℃空气环境中合金的高温氧化行为。通过X射线衍射、扫描电子显微镜等对合金在1000℃氧化不同时间后的氧化层表面成分、物相及截面成分、厚度等进行研究,结果表明:该工艺制备的22Cr-ODS合金在1000℃空气环境中能够形成完整致密的α-Al_(2)O_(3)表面氧化层,氧化10 h、25 h、50 h、100 h、200 h后氧化层厚度分别为0.52μm、0.91μm、1.42μm、1.47μm和1.76μm,合金内部晶粒未发生明显粗化,表明该合金具有良好的高温抗氧化性能和组织稳定性。

Al和Mo含量对热等静压制备的FeCrAlMo合金组织及拉伸性能的影响

FeCrAl合金由于具有良好的高温抗氧化性能和力学性能而广泛应用于高温和氧化性气氛环境。本研究通过粉末热等静压制备出Fe-22Cr-3Al-3Mo和Fe-22Cr-2Al-5Mo两种成分的合金,对粉末的显微组织、热等静压后两种成分合金的组织及拉伸性能进行对比分析,结果表明:Fe-22Cr-3Al-3Mo合金20℃时的强度和塑性都高于Fe-22Cr-2Al-5Mo合金,而500℃时的强度和塑性都低于Fe-22Cr-2Al-5Mo合金;Fe-22Cr-3Al-3Mo合金中析出相主要为分布在晶界及晶内的细小AlN相及少量粗大的富Cr相,Fe-22Cr-2Al-5Mo合金中析出相主要为大尺寸的富Cr碳氧化物;Al含量降低、Mo含量增加,晶界形成较多的大尺寸富Cr相,导致Fe-22Cr-2Al-5Mo合金在20℃时塑性较差。

ODS合金与低合金钢异种金属焊接技术的研究现状

总结分析了ODS合金与低合金钢异种金属焊接技术的研究进展,主要介绍了ODS合金与低合金钢的摩擦焊、电阻焊和电子束焊的研究现状,分析了不同焊接方法下焊接接头的组织、性能和氧化物颗粒的分布情况,总结了各种焊接技术所存在的问题,并分析了不同问题的产生原因及解决办法。总结出未来ODS合金与低合金钢焊接研究的方向。

热等静压对Inconel 690合金堆焊层腐蚀行为的影响

采用TIG焊在不锈钢表面堆焊Inconel 690合金,并取部分试件在压强150 MPa,温度为1 120℃的条件下热等静压(HIP)处理2h。借助于金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察了HIP处理前后Inconel 690合金堆焊层的组织以及浸泡腐蚀后的微观形貌;并通过浸泡腐蚀试验、极化曲线和电化学阻抗谱,研究了HIP对堆焊层在含Cl-溶液中腐蚀行为的影响。结果表明:HIP处理后堆焊层内部晶界处析出大量碳化物(Cr23C6),致使其在腐蚀液中由先前的点蚀转变为了晶间腐蚀;HIP处理后堆焊层的耐蚀性变差,其腐蚀速率约为HIP处理前的2.3倍。

热等静压对Inconel 690镍基合金堆焊层组织与耐磨性能的影响

使用自动化TIG焊方法在347不锈钢表面堆焊了Inconel 690镍基合金。采用热等静压(HIP)工艺在1120℃对Inconel 690镍基合金堆焊层进行了消除缺陷处理,并对HIP前后的堆焊层组织与耐磨性能进行了研究。结果表明:Inconel 690合金堆焊层经过HIP处理后,可消除其内部缺陷和组织偏析,同时靠近熔合线界面的堆焊层区域组织由柱状树枝晶转变为粗大的奥氏体,原始焊缝层与层之间的界面也被消除。HIP处理后,堆焊层的硬度明显下降。这是由于堆焊层内部晶粒取向发生变化,位错产生了运动,缠结的位错重新组合,导致位错密度下降,同时,堆焊层内部的焊接残余应力也得到了释放。HIP处理后,堆焊层耐磨性变差,磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。

粉末钛合金的热等静压技术研究进展

综述了粉末钛合金热等静压技术60多年的发展历程和目前世界各国的研究发展现状,分析了在航空航天领域市场开拓中遇到的问题,提出了解决的办法,并对其发展前景进行了展望。

退火温度对热轧态M390组织与性能的影响

对不同始轧温度热轧后的高碳高铬马氏体不锈钢M390在650℃、750℃和850℃下进行退火热处理,通过热膨胀仪、维氏硬度计、X射线衍射仪及扫描电子显微镜(SEM)等研究了M390在热轧加工过程中不同始轧温度及轧后不同退火温度下的组织及力学性能的变化规律。结果表明:随着热轧后退火温度的提高,M390呈现出强度下降但塑性提高的趋势,同时碳化物尺寸随温度提高进一步变大但数量减少。在温度相对较高即1200℃始轧后,再经过高温850℃退火后的M390,其铁素体基体上均匀分布着细小的球状碳化物。该M390的抗拉强度和断后延伸率分别为920 MPa、0.83%,表现出最佳的综合力学性能,这有利于材料后续的加工和热处理。

WC-15Ni高性能无磁硬质合金的制备与性能研究

以超细WC、电解Ni粉作为主要原料,调整混合料中总碳含量,通过真空烧结及热等静压(HIP)处理获得WC-15Ni高性能无磁硬质合金,研究了不同碳含量及热等静压处理对材料显微组织结构和性能的影响。实验结果表明,混合料总碳含量过低或过高均会恶化无磁硬质合金性能;当混合料中总碳含量达到6.13%(质量分数)时,材料获得良好的性能,横向断裂强度达到3 300 MPa。同时热等静压处理可有效消除无磁硬质合金中的少量残余孔隙,稳定和提高其力学性能。

钼合金热等静压扩散连接技术研究进展

本文简要分析了扩散连接的机制和热等静压工艺的特点,从中间层体系及热等静压工艺参数的选择等方面介绍了热等静压扩散连接技术在钼合金上的应用。最后对目前的工艺进展进行了总结,对未来的发展趋势进行了展望。

热模拟MHC/GH4099扩散钎焊接头的组织与力学性能

采用NiCrSiB中间层在热模拟机上成功实现了难熔合金钼-铪-碳(MHC)与镍基高温合金GH4099的真空扩散连接;通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对接头的微观组织进行表征;同时研究了不同连接温度对接头组织和力学性能的影响.结果表明,在950,1000和1050℃保温600 s时均可获得可靠的焊接接头;MHC/GH4099接头主要由γ-Ni基固溶体、CrMo固溶体、NiMo,CrB以及Ni_(3)Si等相组成;在1050℃焊接时,接头室温抗剪强度最高,可达116 MPa.MHC侧焊接热影响区存在较大的焊后应力集中,是引起接头发生脆性断裂的主要原因.

冷喷涂制备金属涂层及其在增材制造应用中的研究进展

冷喷涂由于具有粉末加热温度低、涂层中氧含量及孔隙率较常规热喷涂涂层显著降低等特点,而广泛应用于制备各种类型的涂层或块体材料。近年来,冷喷涂设备及工艺的改善使其在增材制造和零件修复方面也具有极大的应用前景。综述了冷喷涂制备高性能软质相金属和硬质相金属/非金属涂层的研究进展,重点围绕原始颗粒结构、冷喷涂工艺参数、添加第二相和后处理手段对涂层制备及性能优化的效果进行总结,并对冷喷涂制备复合涂层的结合机理进行了阐述,包括软质相颗粒形成单一涂层和添加硬质相颗粒复合涂层的结合机理,且涂层中颗粒之间的结合主要为机械结合、物理结合、冶金结合和化学结合中的一种或多种结合形式。同时,介绍了冷喷涂技术在增材制造领域和零件修复方面的研究进展和存在的问题。最后,分析总结了冷喷涂的应用前景和存在的问题。

Stellite12钴基合金的疲劳性能及其断裂机理研究

采用三点弯曲疲劳法测得光滑试样和直缺口试样的S-N曲线以研究Stellite12钴基合金的疲劳性能,并通过断口形貌观察进一步探究该钴基合金的断裂过程。结果表明:光滑试样的疲劳极限为545 MPa,约为原始抗弯强度1552 MPa的25.4%;直缺口试样的疲劳极限约为101MPa,约为静态抗弯强度517.6MPa的19.1%。对于疲劳敏感性,光滑试样与直缺口试样的疲劳敏感性分别为397和31。此外发现疲劳裂纹多萌生于近表层聚集的碳化物处,同时表面缺陷也可诱发疲劳裂纹的萌生。疲劳裂纹的扩展主要表现为碳化物的穿晶断裂,钴基体在应力比R=0.1的疲劳加载条件下虽表现出一定的韧性且呈现出较多的撕裂脊,但也呈现出一定的脆性断裂模式,因此疲劳裂纹扩展模式为真疲劳与静态疲劳的混合模式。

347不锈钢表面堆焊690镍基合金电化学腐蚀性能研究

利用钨极氩弧焊(TIG)堆焊工艺在347不锈钢钢板表面堆焊690镍基合金,采用电化学测量技术,在室温、质量分数为3.5%的氯化钠溶液中,对347不锈钢基体、690镍基合金堆焊层以及2种合金堆焊接头的电化学腐蚀性能进行了研究.借助扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)对堆焊接头的微观组织和成分进行了分析,并通过光学显微镜来观察腐蚀后的表面形貌,研究堆焊接头的腐蚀机理.结果表明:690镍基合金堆焊层的耐蚀性优于347不锈钢基体,347不锈钢基体的腐蚀速率约为堆焊层的8.4倍;堆焊接头的耐蚀性最差,其腐蚀速率约为堆焊层的11.8倍;堆焊层在熔合区附近对基体中Cr含量的稀释是导致堆焊后基体腐蚀加剧的主要原因.

热等静压技术在金属材料加工领域的应用及发展趋势

材料是科技发展的基石,金属在材料领域占有重要的地位,而高端金属材料的制备离不开一项专有技术——热等静压。热等静压过程一般没有液相出现,在固态下实现原子间的扩散,进而实现冶金结合。热等静压按照加工原理分为致密化处理、扩散连接和粉末冶金三类应用,其中近终成形是粉末冶金应用的高端形式。归纳总结了热等静压技术的研究进展,分别对致密化处理应用领域、扩散连接应用现状、粉末冶金制品的应用趋势进行了阐述,为寻求高端金属材料制备手段的工程技术人员提供参考。

碳化物对粉末冶金刀具钢断裂机理的影响

通过对M390粉末冶金刀具钢材料进行扫描电子显微组织观察、X射线衍射分析以及原位拉伸试验,研究了M390粉末冶金刀具钢微观组织结构和拉伸断裂行为,并分析了碳化物在粉末冶金刀具钢断裂过程中的作用。研究发现:M390粉末冶金刀具钢的显微组织是由基体和分布在基体上的碳化物两部分组成,其中基体组织为铁素体,碳化物则包括富铬等合金元素的M_(7)C_(3)和M_(23)C_(6)型碳化物,这些碳化物相严重影响M390粉末冶金刀具钢的断裂。随着外加载荷增加,分布在基体上的碳化物相提前开裂,形成裂纹源,裂纹呈现穿过或绕过碳化物的形式扩展,在进一步加载的情况下,裂纹处形成应力集中,导致基体发生脆性断裂。碳化物相成为M390粉末冶金刀具钢断裂过程的薄弱环节。试样断口呈现脆性断裂特征,并包含少量韧窝,且韧窝中存在第二相质点,即碳化物。

M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢CMT对接焊连接机理

本工作以ERNi-1镍基焊丝为填充金属,通过冷金属过渡焊接技术(CMT)对粉末冶金制备的M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢进行连接;采用拉伸实验、维氏显微硬度测试、SEM及EDS表征焊接接头力学性能及微观组织,统计焊缝及M390一侧不同区域的晶粒尺寸及碳化物分布情况,研究焊接接头的连接机理。研究结果表明:通过CMT对接焊成功实现M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢的连接,得到无孔洞、无夹杂等缺陷的焊接接头。最佳焊接工艺参数为焊接速度4.5 mm/s、送丝速度9 m/min、焊接电流110 A、焊接电压18.1 V,对应焊接接头抗拉强度达到493 MPa、延伸率为21.8%,断裂于焊缝位置,且断裂类型为韧性断裂,其塑性远高于M390母材。焊缝组织由奥氏体组织及(Ti、Ni、Al)的碳化物组成。焊缝与M390实现良好的冶金结合,但在304熔合区有明显的熔合线。M390热影响区由于受热输入及焊接残余应力的影响,其基体中残留奥氏体被诱导发生马氏体相变,导致M390热影响区基体中碳元素过饱和,析出的碳元素不仅使得碳化物数量增加,而且促使碳化物类型由M_(23)C_(6)向M_(7)C_(3)发生转变。M390粗晶区碳化物尺寸最大,呈现出条形状形貌;M390细晶区碳化物尺寸介于M390母材与M390粗晶区之间,呈现出条形状和颗粒状两种形貌。M390高碳马氏体不锈钢一侧热影响区的晶粒尺寸明显小于采用传统熔化焊时马氏体钢热影响区的晶粒尺寸,充分体现CMT焊接对M390高碳马氏体不锈钢热影响区粗化问题的改善。

M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢TIG焊连接机理

针对M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢的连接问题,使用TIG焊接方法,并对M390/304焊接接头进行拉伸、维氏显微硬度测试、SEM及EDS表征焊接接头力学性能及微观组织,X射线衍射分析各区域中相组成,统计焊缝及M390一侧不同区域的晶粒尺寸,揭示焊接接头的断裂机理。研究结果表明,采用TIG焊可以实现M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢异种金属连接,得到焊缝形貌美观、无孔洞、无夹杂等缺陷的焊接接头。最佳焊接工艺参数为:焊接电流120 A,电弧电压16 V,焊接速度3.3 mm/s;对应的抗拉强度为266 MPa。焊缝由马氏体、M23C6及M7C3组成,焊缝中晶粒尺寸最大,平均晶粒尺寸为17.96μm。由于焊缝基体组织为马氏体且晶粒尺寸最大,焊接接头断裂在焊缝,断裂类型为解理断裂。M390侧和焊缝中碳化物主要为(Cr、V)碳化物,从M390母材到粗晶区,碳化物形貌逐渐由颗粒状向长条状演变,热的作用导致碳化物长大聚集。

高碳马氏体不锈钢M390与奥氏体不锈钢304闪光对焊的微观组织及力学性能

通过闪光对焊方法连接M390高碳马氏体不锈钢与304奥氏体不锈钢.通过室温拉伸试验、显微硬度测试表征了焊接接头的力学性能.采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)分析了焊接接头的微观组织形貌、元素扩散及各区域相组成.结果表明,利用合适的焊接工艺参数,M390与304之间可以形成焊缝形貌美观、抗拉强度最大值为480.62 MPa、断后伸长率为6.2%的闪光对焊焊接接头.焊缝组织由马氏体、奥氏体、M_(23)C_(6)和M_(7)C_(3)组成.M390侧及焊缝中碳化物类型为(Cr,V)碳化物.M390热影响区不同位置受到的热影响不同,导致在不同位置碳化物的聚集长大程度不同.M390粗晶区中碳化物聚集长大的同时有新的碳化物不断析出,碳化物以长条状和颗粒状两类形貌存在,而细晶区中碳化物尺寸小,以颗粒状存在.焊接接头为脆性断裂,断裂位置在焊缝,这与焊缝组织及焊接接头元素扩散相关.