新型镍钴基高温合金拉伸性能和变形机制研究

采用SEM、EBSD和TEM研究了室温（25℃）和中温（650、700和750℃）下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明：室温下,合金的屈服强度和延伸率分别是1176 MPa和22.5%,主要的变形机制为大量位错发生滑移,不全位错切割γ′相形成孤立层错。当温度达到650℃时,观察到微孪晶切割二次γ′相和γ基体,以连续层错切割二次γ′相和γ基体变形为主。在700～750℃时,以连续层错和微孪晶同时切割二次γ′相和γ基体为主,并且层错的长度和微孪晶的厚度随温度的升高而增加。650～750℃范围内,切割一次γ′相的机制从APB转变到孤立层错。讨论了中温条件下变形机制随温度的变化以及微孪晶、层错等的形成机制。其中给出了a/6<112>不全位错剪切γ′相形成超点阵外禀层错（SESF）的一种原子互换扩散模型,解释微孪晶的形成过程,为进一步研制高性能水平的新型镍钴基高温合金提供参考。     

18Cr10NiNb耐热钢析出相的热力学计算和平衡相分析

将18Cr10NiNb耐热钢在650℃进行10,000h的时效试验,用扫描电镜和透射电镜分析了18Cr10NiNb奥氏体耐热钢的组织,通过热力学计算研究了500-1400℃碳、铌和氮含量的变化对平衡析出相的影响。结果表明:在18Cr10NiNb钢的时效过程中在晶内析出了富Nb的MX相,在晶界析出了富Cr的M_(23)C_6相。根据热力学计算,其平衡析出相为MX,M_(23)C_6和σ相。MX相和M_(23)C_6型碳化物的最高溶解温度分别约为1340℃和840℃。MX相的数量随C和Nb含量的提高而增加。σ相的数量随着C含量的提高而减少。添加0.2%的N元素后,MX相为含有N、Nb、Cr和少量C的复杂碳氮化物,且在其平衡组织中出现了Cr_2N相。     

利用中子衍射法和轮廓法测定GH4169圆盘残余应力

分别采用中子衍射法和轮廓法对服役态GH4169合金圆盘工件内部残余应力分布特征进行表征。两种测试技术的机理完全不同,测量结果互相对比验证后,确定出较高可信度的残余应力测量结果。首先利用飞行时间中子衍射技术准确表征了GH4169合金圆盘完全热处理后轴向、径向和周向的应力,其量级约为-300~300 MPa,以周向和径向残余应力为主,沿轮廓呈“外压内拉”特征分布;利用轮廓法测量沿直径截面周向残余应力的二维分布图,切割截面周向残余应力呈现明显的“外拉内压”式分布特征的残余应力,残余应力量级约为-300~250 MPa量级。合金盘厚度中心截面上,中子衍射法与轮廓法的测试结果从趋势和绝对数值上基本一致,测试结果可信度高。     

650℃长期时效过程中Super304H耐热不锈钢组织的演变

对600℃超超临界电站锅炉过热器/再热器用Super304H耐热不锈钢的长期组织稳定性进行了研究.将Super304H管材经650℃、104h长期时效后,用扫描电镜、透射电镜和原子层析技术综合分析了Super304H中析出相的行为,包括相析出初期的原子聚集,析出相的本质、成分、形态以及尺寸大小和分布.结果表明,Super304H中主要析出相为富Cu相、MX和M23C6.随时效时间的延长,M23C6颗粒很快粗化,特别是在晶界处逐渐由颗粒状长大成连续状,而减弱了应有的强化效应;晶内弥散析出,尺寸为150nm左右的MX相数量明显增多,特别是尺寸细小(3～35nm)的富铜相,均匀弥散分布.说明Su-per304H中起主要强化作用的是富铜相,其次是MX相和一部分M23C6碳化物.     

一种新型镍基高温合金的动态再结晶行为

采用等温热压缩实验研究了一种新型镍基高温合金在不同热变形条件下(变形温度1040～1120℃、应变量0.35～1.2、应变速率0.1 s^-1)的动态再结晶行为。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射仪(EBSD)研究变形温度和应变量对合金热变形过程中组织演变和动态再结晶(DRX)形核机制的影响。结果表明,根据加工硬化率曲线能够准确确定DRX出现的临界应力和临界应变。合金的DRX晶粒体积分数随变形温度和应变量的增加而增加。在高温低应变速率下,不连续动态再结晶(DDRX)和连续动态再结晶(CDRX)形核机制同时发生。随着变形温度的升高,CDRX形核机制减弱,而CDRX机制在高温条件下占据主导。随着应变量的增加,合金中DDRX机制逐渐变强。热变形后期,CDRX仅作为辅助形核机制发挥作用。另外,Σ3孪晶界的形成有助于DRX晶粒的形核。     

不锈钢热塑性降低的非平衡偏聚机理

Mintz于1997年报道了一个有趣的试验现象:随着拉伸应变速率的增加,奥氏体钢韧性降低,铁素体钢韧性反而提高。其机制未得到解释。通过计算试验钢中P原子的非平衡晶界偏聚临界时间,结果发现奥氏体钢拉伸前热过程的等效时间短于其临界时间,而铁素体钢的等效时间长于其临界时间。由于奥氏体钢和铁素体钢分别在850和800℃等效时间最接近临界时间,韧性最低,即试验钢的热塑性降低都是由于非平衡晶界偏聚的临界时间造成的。应变速率降低,弹性应力作用时间增加。晶界偏聚量改变,热塑性降低的程度也随之改变。即热塑性降低的程度随应变速率的改变是由应力引起的非平衡晶界偏聚决定。     

620～650℃锅炉过热器/再热器用新型奥氏体耐热钢SP2215的研发

介绍TP347H、Super304H、HR3C超超临界电站锅炉材料的时效析出强化机理,并在此基础上研发出620~650℃锅炉过热器/再热器用新型奥氏体耐热钢SP2215。分析认为:以22Cr-15Ni为基的Fe-Cr-Ni新型奥氏体耐热钢SP2215,通过加入一定量的Cu、Nb、N,在基体中形成多相复合强化,并在晶界形成M_(23)C_6碳化物强化。SP2215具有高的持久强度(650℃,10~5 h∧130 MPa;700℃,10~5 h∧80 MPa)和良好的抗腐蚀/氧化性能。     

杂质在晶界的非平衡偏聚使C-Mn钢的热塑性恶化

C-Mn钢的热塑性一直是材料学界的研究热点之一,但是产生热塑性恶化的机制一直不清楚。为了认识C-Mn钢热塑性恶化的产生机制,根据热循环引起的非平衡偏聚理论,分析了大量国内外关于C-Mn钢的热塑性试验数据,包括塑性槽的产生,塑性回复现象,高温拉伸试验过程中固溶处理温度与试验温度之间的温差效应,冷却速率对热塑性的影响以及孔洞的形成。数据分析和计算结果表明:C-Mn钢的热塑性恶化是由于杂质元素的非平衡偏聚引起的。     

利用中子衍射法和轮廓法测定GH4169圆盘残余应力

分别采用中子衍射法和轮廓法对服役态GH4169合金圆盘工件内部残余应力分布特征进行表征。两种测试技术的机理完全不同，测量结果互相对比验证后，确定出较高可信度的残余应力测量结果。首先利用飞行时间中子衍射技术准确表征了GH4169合金圆盘完全热处理后轴向、径向和周向的应力，其量级约为-300~300 MPa，以周向和径向残余应力为主，沿轮廓呈“外压内拉”特征分布；利用轮廓法测量沿直径截面周向残余应力的二维分布图，切割截面周向残余应力呈现明显的“外拉内压”式分布特征的残余应力，残余应力量级约为-300~250 MPa量级。合金盘厚度中心截面上，中子衍射法与轮廓法的测试结果从趋势和绝对数值上基本一致，测试结果可信度高。     

钛合金异形薄壁壳体铸造工艺数值模拟及优化

为解决钛合金精密铸造产品合格率低、试验优化周期长的问题,以某钛合金异形薄壁件为研究对象,采用逆向工程手段优化浇注系统设计。结合ProCAST有限元分析软件确定铸件缺陷分布位置,依据铸件缩松分布情况对铸造方案进行迭代优化,解决铸件承力板区域缩孔问题。根据优化结果进行生产验证,结果表明,钛合金铸件采用真空熔模铸造方案,铸件上、下端分别设置3处浇/冒口时,模拟结果显示铸件凝固过程整体温度分布合理,铸件中的缩孔均被优化剔除。该工艺方案可行性高,试制件无损检测结果与数值模拟结果吻合度高,铸件成形质量、冶金质量均达到预期效果。