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。     

真空感应熔炼的碳烧损及氧含量影响因素研究

采用真空感应法熔炼K403及K417G镍基高温合金,熔炼期间用无纸记录仪进行监控。调整C的初始加入量和精炼时间,确定出合金熔炼期间的参数变化对C烧损及O含量的影响。结果表明:镍基高温合金K403真空感应熔炼期间,随C初始加入量由0.03%、0.09%增加至0.18%的过程中,合金中C烧损量由2.2%、3.8%增加至16.1%,合金中O含量由42×10-6、28×10-6降低至5×10-6;当精炼时间由30 min增加至40 min时,合金中C烧损量由7.7%提高至8.8%,合金中O含量由20×10-6降低至15×10-6。熔化速度和真空度对镍基高温合金K417G中的C烧损及O含量影响较大,熔化速度慢和初始真空度低,C的烧损量增大,但熔化速度慢有利于降低合金中O含量。精炼期间真空度对合金的气体含量影响较大,精炼期高真空有利于降低合金中的O含量。     

氮对镍基合金锻造塑性的影响

研究了氮对双联电渣法生产的Cr20Ni80电热合金锻造塑性的影响，指出合金含氟量超过0．030％时使造塑性开始下降，超过0.035％时显著恶化，并对造成锻造塑性下降的原因进行了分析讨论。     

La和Mg对HS690镍基合金锻造裂纹敏感性的影响

采用真空感应熔炼,精选原材料,使用MgO坩埚,在HS690镍基合金中加入一定含量的稀土La和金属Mg,试验结果表明:La+Mg含量超过一定值时,铸锭锻造开坯时,在表面及其内部产生大量裂纹,致使锻件报废。因此适当控制两者的含量是十分必要的,为下一步后序加工打下基础。同时,在低硫含量范围内加入稀土,La起不到脱硫作用。     

钎焊温度对镍基合金真空钎焊接头组织及硬度的影响

用镍基钎料真空钎焊镍基合金时钎焊温度对钎料中Si、B等元素的扩散有重要作用,因此采用3种钎焊温度对其进行真空钎焊,研究了1080、1110和1140℃钎焊温度下钎缝的微观组织、元素分布及显微硬度等.结果表明,随着钎焊温度的升高,钎料中元素向母材扩散越充分,钎焊温度为1140℃时,钎缝组织基本为固溶体.     

真空精炼对铝合金组织和性能的影响

研究了真空精炼的工艺以及对ＺＬ１０１合金组织和性能的影响。试验结果表明：真空精炼有很高的除气效率，针孔度最大可降低４级，它还有提高合金的致密性、力学性能和细化晶粒的作用。     

690镍基合金真空感应熔炼脱硫

采用真空感应熔炼,精选原材料,分别利用预制MgO坩埚和预制CaO坩埚,其中在MgO坩埚中加入稀土镧,在CaO坩埚中加入金属铝,采用这两种不同的工艺分别对690镍基焊接材料进行脱硫.结果表明,在低硫含量范围内(S≤0.003%,质量分数),前一种工艺起不到脱硫作用,而后一种工艺却大幅度脱硫,铸锭硫含量降低到0.0004%...     

不同熔炼方式对纯镍铸锭中夹杂物的影响

通过对比大气感应熔炼与真空感应熔炼两种制备方法下所制备纯镍铸锭所含夹杂物的异同,采用XRD、SEM+EDS与电解萃取法对其所含夹杂物进行了分析。实验结果表明:铸锭中含有大量的非金属夹杂物且呈现不均匀分布,夹杂物大多聚集在晶粒内部;夹杂物主要含有C、O、Fe、Si、Al等元素,它们的存在形式为氧化物、碳化物以及复杂的铝酸盐或硅酸盐;夹杂物中杂质元素的主要来源是添加辅料,其中杂质元素Fe主要来源于洗炉,大气对其影响比较小;相比大气感应熔炼,真空感应熔炼优势并不明显。     

脱氧对精密铸造K403镍基合金铸件的影响

通过在K403镍基高温合金真空熔炼过程中添加0.02%的Ca及0.002%的C并于1 650℃保温5min实现充分脱氧。发现未经过脱氧处理的铸件表面易出现裂纹而导致铸件报废。而经脱氧后成形的镍基高温合金精密铸件外部未观察到裂纹且内部夹杂物明显减少。通过扫描电镜及电子探针表征铸件的微观形貌,发现未经脱氧处理的铸件内部氧化物夹杂较多且易偏聚于裂纹周围,而经脱氧处理后的铸件内部夹杂物密度明显降低。     

真空感应熔炼超纯净镍基高温合金脱氮的研究

研究了真空感应熔炼Ni基高温合金过程中的脱氮行为。计算了不同真空度及加Al和Ti条件下Ni-6Cr-5Co-2Mo-6W合金在1600℃时氮的溶解度。 实验表明在CaO坩埚精炼过程中加Al脱氮有促进作用;加Ti则对脱氮有明显不利影响。提高熔炼真空度是促进脱氮的有力措施。     

精炼时间对K424合金纯净度的影响

研究了返回次数与精炼时间对K424合金氧氮含量、浮渣水平、冷热疲劳性能的影响。结果发现,随着冶炼次数的增加,合金氧、氮含量增加,纯净度下降,冷热疲劳裂纹长度增长;精炼时间由15 min延长到30 min后,消除了返回次数的影响,虽然是第四、五次返回,但氧氮含量、浮渣水平已接近新料水平,冷热疲劳性能也得到了很好的改善。     

镍基高温合金真空感应熔炼脱氮的研究

研究了采用CaO坩埚真空感应熔炼镍基高温合金过程中的脱氮行为.试验表明在精炼过程中加Al对脱氮有促进作用;加Ti则对脱氮有明显不利影响;提高熔炼时的真空度是促进脱氮的有力措施.     

Ni或Co的加入对CuCr25合金组织与性能的影响

研究了Ni或Co的加入对真空感应熔炼制备的CuCr25合金的组织形貌和物理性能的影响。结果表明：加入Ni或Co后可以明显改善CuCr25合金的显微组织,避免出现Cr的宏观偏析,大大提高了成品率,提高了合金的耐电压强度和硬度,合金的电导率有所降低。真空感应熔法制备的CuCr25合金达到了常规方法制备的CuCr50的技术要求。     

碳对镍基单晶高温合金AM3凝固组织的影响

研究了碳(C)对第一代镍基单晶高温合金AM3显微组织的影响。结果表明,随着碳含量的增加,枝晶形貌和间距无明显变化,合金中共晶的数量明显减少,一次碳化物逐渐增多。该合金中一次碳化物形貌通常为块状、骨架状和汉字状。当含碳量较高时,碳化物形貌为由骨架状连接形成的网状碳化物(汉字状碳化物)。     

Influence of Selective Laser Melting Process Parameters on Microstructure and Properties of a Typical Ni-Based Superalloy

The influence of selective laser melting(SLM) process parameters on the microstructure and mechanical properties of a typical Ni-based superalloy was researched. The optimum parameters of P = 170 W, V = 0.8 m/s were determined, under which the SLMed samples exhibited both the largest relative density of 99.57% and the best mechanical properties, including the microhardness(329.3 ± 3.8 HV), yield strength(726 ± 8.1 MPa), ultimate tensile strength(900 ± 5.9 MPa) and elongation((31.9 ± 0.24)%). The...     

真空二次还原精炼法制备低氧高钛铁合金的研究

以铝热法生产的高钛铁为原料,以Al为还原剂进行真空还原精炼制备低氧高钛铁。研究了精炼温度、精炼时间等因素对精炼效果的影响,采用XRD、SEM及化学元素分析等手段对高钛铁合金进行了表征。结果表明:精炼后的高钛铁主要含有TiFe2、Fe2TiO5、TiO、Al2O3、TiAl、Fe0.942O等相,精炼后合金的微观结构均匀致密,夹杂物得到有效去除,氧含量大幅降低。但精炼温度过高,精炼时间过长,会恶化精炼效果。精炼后合金中钛含量(质量分数)为(69.00～71.00)%,铝含量低于2.50%,硅含量低于2.63%,氧含量低于3.52%,完全符合优质高钛铁的技术指标。     

Effects of {VIM+EBCHR} Refining for IN-738 Alloy

Alloy IN-738 has gained acceptance as a durable turbine blade material for the gas turbine power industry. Typically, IN-738 material is a vacuum-cast, precipitation-hardened nickel-base alloy exhibiting excellent high-temperature creep-stress rupture strengths for extended service in a harsh thermal environment. This alloy also demonstrates an outstanding hot-corrosion resistance superior to that of other high-strength superalloys containing lower chromium content. Normally, IN-738 is vacuum-melted and investment-cast where typical casting conditions are problematic. For example, melts are superheated above the lower-liquidus temperature to about 1454 °C (2650 °F) and casting molds are preheated to temperatures of 981 °C (1800 °F) or higher. For an alloy, which exhibits a melting range of (1231-1315) °C (2250-2400) °F, this abusive melt practice leads to an excessively large dendritic crystals and gross coring of the microstructure with associated defects and deleterious phases. The intent of this article is to show that modern-day refining by {VIM+EBCHR} methods can be used to create a better alloy 738 for turbine blade applications. Cross-comparisons of selected properties for both investment-cast and ingot-cast test samples are here given.     

GH625镍基高温合金动态再结晶模型研究

在Gleeble热模拟机上对GH625合金进行了等温热压缩试验,获得了不同变形条件下该合金的真应力-真应变曲线,并对热压缩试样的微观组织进行了分析。通过对实验数据的计算,获得了GH625合金发生动态再结晶所需的临界变形量与变形温度和应变速率的函数关系;建立了合金动态再结晶的运动学方程,用该方程预测的动态再结晶体积分数与实测值吻合较好,误差的平均值为13%;构建了GH625合金的晶粒长大模型,用该模型预测的晶粒尺寸值与实测值之间的误差平均值为7.52%。GH625合金动态再结晶的形核方式主要为晶界弓出形核和亚晶合并长大形核。     

冷坩埚感应熔炼对NiTiNb合金成分和组织的影响

采用冷坩埚真空感应熔炼方法制备NiTiNb形状记忆合金,研究了冷坩埚熔炼过程中合金成分与微观组织的主要影响因素,分析了熔炼过程元素损耗的特征及主要原因,并提出了提高合金成分控制精度的方法。研究表明：较高的加热功率和多次熔炼有利于各组元的充分合金化;合金中C、O等杂质的含量随熔炼时间的延长而增加,随真空度的提高而降低,且真空度的影响大于熔炼时间;较慢的熔体冷却速度会导致铸锭中出现柱状晶区,且冷速越慢柱状晶区与凝壳区尺寸均会相应增大;熔炼前期Ni和Ti剧烈反应所引发的飞溅将会加剧合金元素的损耗,通过对合金原料进行补偿修正可大幅提高成分的控制精度。     

钛材在制盐及盐化工工业的应用

介绍了钛材在我国真空制盐及盐化工工业的应用情况及取得的经济、社会效益。