钒微合金化对718合金中铌元素偏析行为的影响

利用金相显微镜、电子探针、能谱仪等分析了含钒元素（V）0.066%的718合金铸锭凝固组织,对其微观组织和析出相特征进行分析,研究其中易偏析铌元素（Nb）的分布状态及偏析规律。结果表明,V元素的微合金化使718合金铸锭枝晶组织得到细化,二次枝晶间距及Nb元素的偏析系数均有所降低;由于Nb元素主要分布在Laves相及碳化物中,通过对二者体积分数的定量表征,V元素的加入大大降低Laves相及碳化物的析出,体积分数降低;线扫描分析表明,距Laves相越远,Nb元素含量越低,而含V样品中,这种含量降低的趋势有所减缓。所有分析结果均表明,V元素的合金化改善了718合金中Nb元素的偏析状态,细化了枝晶组织,对降低718合金均匀化热处理难度、提高合金成分和组织均匀性有利。含V碳化物在凝固过程中成为异质形核点,减小了凝固形核的驱动力,使得二次枝晶间距变小,表现出更小的Laves相体积分数和较细的枝晶组织。     

Inconel 706合金宏观偏析“黑斑”的形成特征及组织行为

为了研究Inconel 706合金宏观偏析“黑斑”区相变行为及析出相的形成特征，对黑斑区和正常区的相析出特征进行了系统的对比分析，并用热力学相计算手段对合金黑斑区的相变规律和元素的热力学平衡分配进行了计算分析。结果认为，Inconel 706合金宏观偏析黑斑主要是由富Nb的Laves相和富Ti的η，δ相的严重偏聚粗化导致的。从黑斑的组织行为分析及热力学相计算可以认为，Nb在凝固过程中发生了极为明显的枝晶间液态偏聚，同时Ti和Al也有一定程度的偏聚，这些元素不同程度的液态偏聚行为是造成合金黑斑区相富集的主要原因。     

Nb含量对GH4169合金钢锭偏析规律的影响

利用光镜、扫描电镜和能谱仪等手段分析了不同Nb元素含量的GH4169合金钢锭组织特点及元素偏析规律,并对经单阶段均匀化热处理后钢锭的组织及残留析出相特征进行分析.结果表明:随着Nb元素含量增加,GH4169合金铸锭由边缘到心部,枝晶组织粗化,二次枝晶间距增大,Nb、Ti元素的偏析系数亦增大;经1160℃保温20h的均匀化处理后,Nb添加量越多,未回溶的析出相残留越多,且残留析出相有很明显的聚集趋势,残留析出物聚合体主要为富Nb的Laves相及富Nb、Ti元素的碳化物.不同Nb元素含量钢锭中Laves相完全回溶需要的时间应不相同,在高Nb含量条件下,传统的均匀化工艺无法使Laves相完全回溶;若同时考虑钢锭的尺寸因素,高Nb含量条件下,残留析出相的聚合体可能会演化为“黑斑”缺陷而使钢锭报废.     

脉冲激光熔覆Inconel 718涂层热行为数值模拟及其对显微组织的影响

目的 揭示脉冲激光作用下Inconel 718合金涂层凝固传热行为的演化机制,改善涂层中Nb、Mo元素偏析现象,提升Inconel 718合金熔覆涂层的力学性能,为优化Inconel 718熔覆涂层质量提供理论依据。方法 综合考虑物性参数随温度、脉冲激光热源、粉末传输形式,以及凝固过程中相变潜热对涂层凝固热行为的影响,构建脉冲激光熔覆传热模型。基于数值模拟技术和激光熔覆试验,利用VHX-2000电子显微镜对涂层显微组织形态进行分析验证,采用日立SU8010场发式扫描电镜观察分析显微组织和元素偏析情况,并使用显微硬度计测试涂层的硬度值。结果 由数值模拟分析结果可知,脉冲激光涂层的冷却速度、温度梯度、凝固速度均大于连续激光涂层,其枝晶生长细密且No、Mo元素呈弥散分布,显微组织自底向顶以平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴枝晶等形式存在,Laves相的体积分数降低至2.93%,在细晶强化和固溶强化作用下,熔覆涂层的平均显微硬度提升至307HV0.1。结论 脉冲激光涂层热行为数值模拟分析结果符合Inconel 718涂层组织形态快速凝固变化的规律,数值模型可靠。脉冲激光形成的高冷却速度和高温度梯度,能在一定程度上抑制Inconel 718合金涂层中Nb、Mo元素的偏析,离散并细化γ枝晶组织,降低Laves相的体积分数,显微组织在细晶强化和固溶强化双重作用下,提升涂层的力学性能。     

718Plus合金铸锭的元素偏析及均匀化工艺

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等研究了镍基718Plus合金铸锭的组织特点、元素偏析规律及均匀化过程中枝晶间低熔点偏析相的回溶情况.结果 表明:在合金非平衡凝固过程中,Nb和Mo为易偏析元素,在枝晶间形成γ+Laves的共晶相.合金经1150℃×48 h的均匀化工艺处理后,偏析元素扩散均匀...     

三联熔炼GH4169合金大规格铸锭与棒材元素偏析行为

采用真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔三联熔炼方法制备大规格GH4169合金铸锭,利用SEM、TEM、EPMA和EDS分析了大规格GH4169高温合金自耗锭(直径508 mm)与棒材(直径240 mm)不同部位的典型元素含量和析出相特征。结果表明:大规格铸锭中Al元素偏析程度较轻,而Nb、Ti和Mo元素偏析较重,枝晶间凝固时析出较多的MC相、Laves相和δ相等。经过两阶段高温均匀化处理和开坯锻造后,GH4169棒材内无"黑斑"、"白斑"等宏观偏析,元素微观偏析也被基本消除。结合计算仿真,进一步对比分析了三联熔炼GH4169与Inconel 718合金棒材的化学成分均匀性,发现国产GH4169存在元素的区域偏析,其棒材的典型元素样本方差值(能够体现区域元素偏析程度)与Inconel 718棒材相比存在差距。这种区域元素偏析对国产三联熔炼GH4169棒材的力学性能(如硬度等)波动性造成一定程度的影响。通过精细控制熔炼过程参数,优化均匀化热处理和锻造工艺,有助于进一步降低GH4169合金大规格棒材的区域元素偏析。     

难变形高温合金GH4175铸态组织及均匀化工艺

采用热力学计算、光学显微镜、扫描电镜和能谱分析等方法对GH4175合金铸锭进行显微组织、析出相和元素偏析情况分析,并研究了均匀化处理过程中合金组织演变和元素再分配的变化规律.结果 表明:GH4175合金铸锭枝晶偏析严重,Nb、Mo、Ti元素偏聚于枝晶间,Nb元素的偏析最为严重,主要析出相为γ'相、M23C6、MC、La...     

钼对IN718合金凝固过程中铌元素的偏析和均匀化的影响

制作了含钼量分别为2.8%、3.3%、4.0%、5.5%和7.5%(质量分数)的IN718合金铸锭。采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和电子探针研究了钼对IN718合金铸态组织和均匀化处理过程中Laves相溶解及其中元素扩散的影响。研究发现,随着钼含量的增加,合金枝晶干中铌的浓度逐渐降低。由此表明,钼促进铌的凝固偏析。钼明显降低铌、铁和镍在Laves相中的溶解度,因而显著促进Laves相析出,并使Laves相能吸收更多的剩余液体,减小Laves相周围偏析区的面积。高钼IN718合金Laves相中铌、铁和镍含量的降低有助于其连续长大成较大的颗粒状,相反,低钼IN718合金中Laves相则倾向于以Laves+γ共晶方式析出。钼能稍微提高Laves相的熔点,明显延长Laves相的溶解时间,明显延长铌元素在枝晶干和枝晶间扩散的时间,由此表明钼能阻碍铌元素扩散。     

INCONEL718高温合金均匀化处理的定量分析

利用定量分析手段建立INCONEL718高温合金的均匀化模型.采用金相法确定d406 mm铸锭的初熔温度,结果表明其初熔温度为1 170~1 180℃.采用两阶段均匀化热处理消除枝晶显微偏析.为了定量预测Laves相的溶解过程,提出一个和时间、温度相关的均匀化模型.在铸态组织的所有偏析元素中,Nb和Ti为偏析程度最大的正偏析元素.然后,分别计算在1 140℃时各合金元素的扩散系数,并与另外两种常见的含铌高温合金进行比较.     

GH4700合金偏析行为及均匀化过程中元素分配的规律

采用热力学计算、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法,分析研究了GH4700合金铸锭的显微组织及元素偏析情况,并研究了均匀化温度与时间对合金元素再分配的影响规律。结果表明:GH4700合金铸锭存在严重的枝晶偏析,Nb、Ti等元素大量偏聚于枝晶间,主要的析出相为γ’相、Laves相、MC碳化物及少量的δ相,热力学计算结果与实际相符;在均匀化过程中,元素发生明显的再分配,随着温度升高和保温时间的延长,Ti、Nb元素逐渐扩散均匀,当热处理制度为1170℃×48 h时,元素偏析基本消除,有害析出相回溶,是可选的均匀化工艺。     

磷硼复合添加对Inconel 718合金铸态组织及均匀化处理参数的影响(英文)

研究磷硼复合添加对Inconel 718高温合金铸态组织及均匀化处理参数的影响。结果表明:磷硼的加入促进块状Laves相的形成。由于硼在最后残余液相中大量富集,形成一种富含Nb、Mo和Cr的含硼相。根据DSC和电子探针分析结果,确定磷硼复合添加Inconel 718高温合金的凝固顺序为L→L+γ→L+γ+MC→L+γ+MC+Laves→γ+MC+Laves+含硼相。由于低熔点含硼相的存在,磷硼复合添加Inconel 718高温合金的均匀化处理温度应比标准Inconel 718合金低至少40°C。     

超细晶Inconel 718合金激光对接板的高温拉伸性能(英文)

为使Inconel 718合金的筒形多层夹芯结构顺利成形,研究该合金激光对接板的高温塑性。结果表明,拉伸方向对激光对接板的伸长率有很大影响。横向拉伸时,在温度为950°C和应变率为3.1×10-4s-1的条件下,最大伸长率为458.56%,此时m值为0.352,焊缝未变形。纵向拉伸时,在温度为965°C和应变速率为6.2×10-4s-1的条件下,最大延长率为178.96%,此时m值为0.261,焊缝随母材同时变形,焊缝的微观组织为树枝晶,晶间析出了Nb含量较高的Laves相。纵向拉伸时,由于动态再结晶的缘故,焊缝中出现了由树枝晶和等轴晶组成的混合组织。高温变形后,焊缝中的大量Laves相转化为δ相,但焊缝中仍有小部分残余的Laves相存在。多层夹芯筒结构成形的结果表明,激光对焊板的高温塑性能满足其筒形夹芯结构的要求。     

Effect of weld cooling rate on Laves phase formation in Inconel 718 fusion zone

Inconel 718 (2 mm thick) was welded using argon and helium gas shielded tungsten arc welding process with a filler metal. Both constant current and compound current pulse modes were applied and the cooling rates calculated. The dependence of Laves phase formation, dendrite arm spacing and niobium segregation ratios in fusion zone on the nature of shielding gases and current was studied. The maximum instantaneous weld cooling rate was achieved for the combination of Helium shielding gas and compound current pulse mode. This ultimately resulted in reduction of laves phase, segregation of niobium and dendrite arm spacing in the fusion zone.     

Microstructure evolution in the weld metal region of a Ni-based Inconel 718 superalloy produced by tungsten inert gas welding

The microstructure evolution of the weld metal (WM) region in a Ni-based 718 superalloy is discussed. The superalloy sheets were welded using the tungsten inert gas process at different heat inputs. The precipitates and dendrites in the WM of each joint were analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy, and energy dispersive spectroscopy (EDS). Statistics on the dendrite arm spacing and precipitates were obtained from the metallographs. Using the alloy composition determined by EDS and the phase diagram obtained using ThermoCalc, the equilibrium distribution coefficient of Nb, the temperature range of solid/liquid coexistence, and the distribution and morphology of Laves phase in different subregion of the WM were analyzed. There is lamellar segregation, regional segregation, and microsegregation in the WM. As the heat input increases, the arm spacing and the microsegregation increase. At a fixed heat input, the microsegregation rate is smallest in the crater, but with the macrosegregation seriously.     

激光增材制造高Nb含量GH4169合金微观偏析行为研究

目的减轻不同热处理状态下激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。方法采用激光增材制造方法对球磨Nb合金化后的合金粉末进行快速成形,获得具有较高Nb含量的GH4169合金试样。通过光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、维氏硬度测试方法,对沉积态、固溶态和直接时效态试样进行分析,研究因合金中Nb含量变化引起的微观偏析对沉积态和热处理态合金的枝晶组织和显微硬度的影响。结果随着Nb含量的增加,一方面,由于枝晶间的Nb含量增加,枝晶间(γ+Laves)共晶数量增加,且共晶组织形貌更为连续;沉积态试样的显微硬度由228.4HV增大至534.1HV。另一方面,枝晶干Nb元素含量增加,枝晶干与枝晶间Nb元素含量的差异缩小,Nb元素的偏析比由8.59减小至4.13。后续固溶处理后,枝晶结构逐渐消失,枝晶间Laves相的数量随之减少,枝晶干与枝晶间的微观偏析减轻;固溶态试样硬度值随之减小,减小趋势随固溶温度的升高而逐渐平缓。随着Nb含量的增加,直接时效处理后,各试样显微硬度值在微观区域内的均匀性提高,枝晶干与枝晶间强化相的析出差异减小。结论合适的热处理制度既可以实现合金元素的均匀化,还能减小枝晶干与枝晶间强化相的析出差异,减轻激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。     

Control of Laves phase in Inconel 718 GTA welds with current pulsing

Abstract

The presence of Nb rich Laves phase in Inconel 718 weld fusion zones is known to be detrimental to weld mechanical properties. In the present study, an attempt was made to control the formation of Laves phase in alloy 718 gas tungsten arc welds using pulsed current. Welds were produced in 2 mm thick sheets of the alloy with constant current and pulsed current and were subjected to post-weld solution treatment at 980°C followed by aging. Detailed microstructural studies and tensile tests at 650°C were conducted. The results show that the use of current pulsing (i) refines the fusion zone microstructure, (ii) reduces the amount of Laves phase and exerts a favourable influence on its morphology and (iii) improves the response of the fusion zone to post-weld heat treatment and weld tensile properties.     

电解原铝液DC铸造6×××系铝合金铸锭的枝晶组织

采用金相分析方法研究了电解原铝液直接合金化、DC铸造6063、6N01及6061铝合金Φ200 mm铸锭的显微组织尤其是枝晶分布规律。结果表明:3种合金铸态组织均呈明显的树枝晶状,存在严重的枝晶偏析,其枝晶直径及枝晶臂间距从铸锭心部向铸锭表面逐渐细化;3种合金铸锭的枝晶臂间距及枝晶直径随合金铸锭中合金元素含量增加呈现出逐渐粗化的趋势,即合金元素总质量分数最低为1.141%的6063铝合金铸锭枝晶直径及枝晶臂间距最细小,而合金元素总质量分数最高为2.05%的6061铝合金铸锭枝晶直径及枝晶臂间距最大。     

Inconel 690焊材熔敷金属热裂倾向分析

针对ERNiCrFe-13焊丝熔敷金属拉伸过程中的微观组织演变规律和微裂纹的萌生扩展机制,采用SEM原位拉伸结合扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察和能谱(energy dispersive spectrometer,EDS)分析对熔敷金属组织及断裂行为等进行分析.结果表明,ERNiCrFe-13焊丝熔敷金属组织主要由柱状晶γ相(NiCrFe固溶体)、枝晶间富Nb和Mo元素的Laves相(Cr,Fe,Ni)₂(Nb,Mo)、MC碳化物与共晶组织组成,Laves相的形成主要与凝固过程中Nb和Mo元素的偏析有关,且具有尺寸效应,水平方向Laves相尺寸大于4 μm易发生开裂,断裂机制为枝晶间析出相在切应力作用下本体断裂萌生微裂纹,在轴向拉应力的作用下进一步沿晶界扩展连通至断裂失效,断口呈韧性断裂,碳化物偏析(NbC、TiC)和大尺寸Laves相是晶界裂纹产生的主要原因.     

Solute redistribution and Rayleigh number in the mushy zone during directional solidification of Inconel 718

The interdendritic segregation along the mushy zone of directionally solidified superalloy Inconel 718has been measured by scanning electron microscope (SEM) and energy dispersion analysis spectrometry (EDAX)techniques and the corresponding liquid composition profile was presented. The liquid density and Rayleigh number (Ra) profiles along the mushy zone were calculated as well. It was found that the liquid density difference increased from top to bottom in the mushy zone and there was no density inversion due to the segregation of Nb and Mo. However carbide formation in the freezing range and the preferred angle of the odentated dendrite array could prompt the fluid flow in the mushy zone although there was no liquid density inversion. The largest relative Rayleigh number appeared at 1,326℃ for Inconel 718 where the fluid flow most easily occurred.