高Cr镍基合金脱氮反应热力学与动力学研究

Cr作为抗热腐蚀性元素铬在高温合金中广泛添加,因其可增大氮元素溶解度,故高铬合金的冶金脱氮难度较大。合金氮含量升高可引发氮化物析出进而影响材料组织质量与力学性能,因此,非常必要澄清高Cr合金的脱氮行为与规律。本文以高Cr镍基合金为实验对象,对其在真空感应熔炼脱氮过程的热力学与动力学进行研究。结果表明,氮在高Cr镍基合金中的热力学平衡溶解度较高且主要受真空压力控制,为实现[N]≤10 ppm的纯净度指标,合金冶炼真空压力不可高于0.1Pa。脱氮反应初期氮含量迅速下降,但反应中后期需较长时间才可接近氮平衡溶解度,提高精炼温度有助于缩短脱氮平衡反应时间。动力学分析表明高Cr镍基合金脱氮符合二级反应规律,受界面化学反应过程控制,1500℃、1550℃和1600℃条件下的脱氮表观速率常数分别为0.0184m?s-1、0.0233 m?s-1和0.0397 m?s-1,表观活化能为211.4 kJ?mol-1。     

高温堆芯熔融物池瞬态反应机理研究

为模拟核电厂高温堆芯熔融物堆内滞留的瞬态现象,采用冷坩埚电磁感应加热熔炼50kg级ZrO₂-Fe-Zr体系的混合物,通过XRD、SEM、EDS等检测手段分析了凝固后的熔融物铸锭的氧化层、金属层和氧化结壳的物相和元素分布情况。结果表明：50kg级初始熔池形成过程中,高温熔融物由于重力作用和不相容性分离成金属层和氧化层的两层结构,在熔池顶部及周围形成氧化结壳。之后,由于二次加料形成顶部液态金属三层熔池,顶部金属熔池可穿过氧化物硬壳以液滴状逐渐沉降到熔池底部。     

K417G高温合金中Mn的存在形式和分布及Mn含量对高温持久性能的影响

研究了Mn含量在0.09%~0.35%（质量分数）范围内变化对K417G高温合金的高温持久性能的影响,并且探究了Mn的存在形式和分布情况。结果表明,Mn固溶于γ基体中,并偏聚于γ+γ''共晶帽前沿的γ''贫化区的基体中。Mn元素促进了Al和Ti元素向枝晶间区域的偏析,从而增加了枝晶间区域γ+γ''共晶的体积分数,减小了枝晶干中γ''相的尺寸。随着Mn含量的增加,在950 ℃/235 MPa的条件下,合金的持久寿命和塑性均大大降低。Mn含量最小的合金具有最佳的高温持久性能。     

微弧氧化过程中不同阶段超声波作用对陶瓷层的影响

研究发现在微弧氧化过程中引入超声波作用能够提高陶瓷层生长速率和质量。本文通过在微弧氧化过程的不同阶段引入超声波作用,将超声波引入时间细化,来研究超声波对不同时期微弧氧化的作用。利用XRD、SEM以及电化学分析等方法对陶瓷层断面形貌、元素含量分布、相组成、表面形貌和耐蚀性进行了分析,结果表明超声波对微弧氧化各阶段都有影响。超声波的引入促进陶瓷层厚度的增加,尤其是在后期引入超声波,厚度增加最大;前期引入超声波,陶瓷层内γ-A12O3含量增加,Si、P元素含量最高,陶瓷层质量最好,耐蚀性能也最好;后期引入超声波陶瓷层内α-A12O2相含量最高。     

S对铸造高温合金K417G凝固行为的影响

在1 340～1 230℃采用等温凝固实验,研究了w[S]分别为0.000 1%、0.001 8%和0.003 7%对K417G合金凝固特性的影响。结果表明,S降低合金的固相线温度,扩大固液两相区,当w[S]从0.000 1%增加到0.003 7%时,合金的固相线温度由1 255℃降低至1 245℃。在凝固过程中S元素偏析于液相,并在终凝区析出Y相,且S促进Al、Cr元素在固液界面处的富集。在相同等温温度下,S元素对MC碳化物和γ+γ’共晶的析出温度与形貌无明显影响,但S含量的增加促使MC碳化物、γ+γ’共晶和Y相数量的增加,且Y相的析出温度从1 230℃提升至1 240℃。