Inconel 617B合金焊接接头750℃持久微观组织演变对性能的影响

采用扫描电镜和透射电镜观察Inconel 617B合金焊接接头750℃持久试验前后微观组织,并探讨了微观组织演变对硬度的影响和持久断裂机制。结果表明:Inconel 617B合金焊接接头持久后,主要析出M_(23)C_6相和γ'相。晶界上M_(23)C_6相呈块状,晶内M_(23)C_6相为薄板状或针状;球形γ'相细小,弥散在晶内。随持久时间延长,晶界M_(23)C_6相长大并连接;晶内γ'相也有长大的趋势,但长时间持久尺寸仍十分细小;晶内除析出的M_(23)C_6相继续长大成薄板状外,还析出新的尺寸较小的针状M_(23)C_6相。持久初期,M_(23)C_6和γ'的析出使得焊接接头的硬度明显升高。随着持久时间延长,由于新析出的M_(23)C_6产生的强化增强效果不足以弥补因析出相粗化和固溶度降低造成的弱化效果,硬度有下降趋势。Inconel 617B合金焊接接头持久试样断裂在焊缝区,晶界和枝晶间M_(23)C_6相粗化严重,更易萌生空洞和裂纹,是引起沿晶断裂的主要原因。     

TP310HNbN钢/617焊材焊接接头的显微组织和力学性能

通过力学性能试验,光学金相显微镜和透射电子显微镜,研究了TP310HNbN钢/617焊材焊接接头的显微组织和力学性能。研究结果表明:经650℃时效处理,TP310HNbN钢/617焊材焊接接头的室温抗拉强度和硬度先增加后趋于稳定,焊缝区的缺口冲击性能下降,但时效7000 h,缺口的冲击吸收能量仍可以达到40 J以上; 617焊材焊接接头的高温持久强度与配套焊材接头接近,可以达到配套焊材接头的92%; 617焊材焊缝时效后的强度主要源于固溶强化和细小γ'相的弥散强化作用,连续分布于晶界的M_(23)C_6相、M_6C相及胞状亚晶晶界附近短棒状δ相的密集分布则会造成的焊缝缺口冲击性能下降。     

镍基合金617B的微观组织与力学性能（英文）

采用SEM、TEM和力学性能测试研究镍基合金617B在750°C下时效5000h过程中的微观组织稳定性和力学性能。在时效过程中,合金617B析出M23C6碳化物和γ′相,前者分布于晶界和晶内,后者分布于晶内。随着时效时间的延长,析出物颗粒尺寸逐渐增大。碳化物和γ′相颗粒起到析出强化作用,并提高时效态合金的硬度和强度。在时效过程中,时效态合金的强度和硬度具有良好的稳定性。合金617B时效后的韧性降低是由于γ′相抑制晶界附近的弹性变形,导致晶界裂纹形成;此外,晶界碳化物析出导致其与基体相的界面强度降低,晶界处易产生裂纹。这使得时效态合金的冲击韧性降低。但在时效过程中,时效态合金的韧性具有较好的稳定性是由于时效5000 h过程中析出相的分布未发生明显变化。     

镍基合金的析出相及强化机制

用结构分析和性能测试方法,研究了2种镍基合金（617和625）的时效析出相及强化机制。结果表明：在760℃时效过程中,617和625合金均析出面心立方结构的M23C6碳化物和面心立方有序结构的γ′相,M23C6碳化物分布于晶界和晶内,γ′相分布于晶内。此外,625合金还析出体心四方结构的γ″相。2种合金的晶内析出相（M23C6和γ′）稳定性好,617合金的晶界析出相（M23C6）在760℃时效3000 h后聚集长大,仍为不连续分布,可阻碍晶界滑移;625合金的晶界相（γ″相）随760℃时效时间延长数量增多。M23C6作为时效态617合金的主要析出相,弥散分布于晶界和晶内,有利于析出强化,从而提高了617合金的强度和硬度。γ″相作为625合金中的强化相,γ″相与基体（γ）之间的点阵错配度大,共格应力导致的强化作用明显,导致时效态合金的高屈服强度和硬度。     

617B镍基高温合金长期时效组织演变

对617B合金在650、700、750℃分别时效至3000 h并通过光学显微镜、场发射扫描电镜以及能谱分析其在时效过程中的组织演变规律。经研究发现,在时效过程中617B合金中主要的析出相为γ'相、富Cr、Mo的M_(23)C_6。650℃/600h后开始析出γ'相,且随着时效时间的延长以及温度的提高发生一定程度的粗化。低于700℃时效,γ'相的粗化满足传统的LSW理论,而大于750℃长期时效则转变为以团聚为主的粗化方式。晶界碳化由细小不连续分布的锯齿状逐渐粗化转化为连续的网状结构,晶内碳化物析出增多。750℃高温长期时效,碳化物存在与基体、γ'相之间的相互作用。     

镍基合金617B的组织结构与力学性能稳定性

研究了镍基合金617B在700 ℃下时效10000 h过程组织结构与力学性能的稳定性。供货态镍基合金 617B晶内分布TiN,晶界分布M23C6。时效后晶内和晶界析出M23C6,晶内析出γ′相。整个时效过程合金析出相的分布形态和相组成未发生明显变化,γ′相与基体保持共格关系,硬度和强度保持良好的稳定性,时效10000 h后的时效态合金仍具有较高韧性。研究成果为今后我国700 ℃USC机组选材提供试验数据。     

时效处理对HR3C合金微观组织和冲击韧度的影响

采用高温热处理炉对超超临界电站锅炉用HR3C合金进行短时时效和650℃×500h时效,研究了时效对合金微观组织和冲击韧度的影响。结果表明,短时时效后,晶内存在少量一次大块NbCrN相,同时有少量细小的Z相析出。在650℃×500h时效后,晶内析出更多细小的Z相,经短时时效,合金晶内的Z相更多,其弥散强化提高了合金的显微硬度;晶界析出M23C6相并进一步粗化长大,晶界附近有弥散块状的M_(23)C_6相析出。长期时效后,固溶态和短时时效态合金的冲击韧度降低,断口沿晶断裂。     

选区激光熔化Inconel 625合金的热处理工艺及其性能研究

利用OM、SEM、维氏硬度仪、万能材料试验机等仪器研究固溶+时效热处理对选区激光熔化技术(SLM)加工的Inconel 625零件力学性能、残余应力以及显微组织的影响。结果表明,试样经过950～1200℃的固溶处理以及750℃的时效处理后,其显微硬度略微下降,抗拉强度提高,屈服强度降低,伸长率增加;试样的残余应力明显减小;晶内强化相γ'相数量明显增加并聚集长大,有害相M_(23)C_6数量明显减少并分布在晶界上。     

新型高温气阀合金LF8组织与性能

通过热力学模拟软件Thermo-calc优化合金成分,结合实验研究,开发了一种在750℃环境中工作的新型镍基气阀合金LF8。计算结果表明:随Cr含量增加,γ'相稍有增加,碳化物由M_7C_3转变为M_(23)C_6;Ti含量超过4.5%时合金中有大量η相生成。实验研究结果表明:合金热处理后的主要析出相为γ'、Cr_(23)C_6和TiC,γ'相呈近球形,细小弥散分布在晶内,尺寸为20 nm;Cr_(23)C_6大部分在晶界处不连续分布,呈椭圆或者点状,尺寸为400~800 nm;TiC在晶内或者晶界附近呈块状分布,以初生TiC为主。通过优化合金成分开发的LF8气阀合金室温和高温强度以及硬度均高于Nimonic 80A,有希望成为750℃气阀合金的备选材料。     

750℃时效后Inconel 740H焊接接头的显微组织及性能

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度仪和冲击试验等研究了IN 740H焊接接头750℃时效后的显微组织、硬度和冲击韧性。结果表明：母材和焊缝的硬度随时效时间的延长先增大后减小。焊缝的冲击韧性在时效初期快速下降,之后下降速率减缓,最终趋于稳定。时效过程中,γ′相的长大与M₂₃C₆相的析出不仅会降低γ′相的体积分数,还会导致晶界附近形成γ′贫化区。晶内颗粒状γ′相是影响IN 740H焊接接头硬度变化的关键因素。焊缝冲击韧性的快速下降主要由晶界M₂₃C₆相的析出和粗化导致。焊缝晶界γ′贫化区的形成会加速晶界裂纹的扩展,也有害于其冲击韧性。     

焊后热处理对Inconel 617B时效性能和组织的影响

将Inconel 617B焊接接头试样及其焊后热处理试样在750℃下时效1000~5000 h,通过对比室温拉伸强度、硬度以及冲击韧性,采用扫描电镜、透射电镜分析两组试样的析出相,探讨焊后热处理对Inconel 617B时效性能的影响及机理。结果表明:时效前,焊后热处理试样母材区有析出相,焊缝区析出相数量略有增加。焊后热处理使Inconel 617B的强度、硬度升高,冲击韧性降低;时效后,焊后热处理试样析出相尺寸更大,随时效时间延长,两组试样析出相的尺寸区别逐渐减少。因此焊后热处理试样长时时效后的强度、硬度逐渐低于原始焊接接头试样,冲击韧性差值减少。     

焊后热处理对Inconel 617B时效性能和组织的影响北大核心CSCD

将Inconel 617B焊接接头试样及其焊后热处理试样在750℃下时效1000~5000 h,通过对比室温拉伸强度、硬度以及冲击韧性,采用扫描电镜、透射电镜分析两组试样的析出相,探讨焊后热处理对Inconel 617B时效性能的影响及机理。结果表明:时效前,焊后热处理试样母材区有析出相,焊缝区析出相数量略有增加。焊后热处理使Inconel 617B的强度、硬度升高,冲击韧性降低;时效后,焊后热处理试样析出相尺寸更大,随时效时间延长,两组试样析出相的尺寸区别逐渐减少。因此焊后热处理试样长时时效后的强度、硬度逐渐低于原始焊接接头试样,冲击韧性差值减少。     

长期高温服役后S31042奥氏体耐热钢的微观组织

利用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪和X-射线衍射分析仪,研究了1000 MW超超临界机组用S31042奥氏体耐热钢服役50000 h后的微观组织变化。结果表明,经长期高温服役后,S31042钢组织由奥氏体基体和M_(23)C_6、NbCrN和Nb(C,N)析出相组成,服役过程中析出相不断发生析出、聚集和长大。M_(23)C_6碳化物在奥氏体晶界、孪晶界等位置形成链条状,在晶内析出为细小颗粒状,并随着服役时间的延长发生聚集长大,而在晶界附近区域则为细小颗粒状。NbCrN和Nb(C,N)主要分布于奥氏体晶粒内部,尺寸细小的NbCrN、Nb(C,N)和M_(23)C_6碳化物可有效提高S31042钢的蠕变强度,而尺寸较大的M_(23)C_6碳化物以及初始Nb(C,N)将对材料的蠕变强度产生不利影响。     

B、P对一种700℃超超临界汽轮机用高温合金微观组织和力学性能的影响

研究了B、P对一种新型700℃超超临界燃煤发电汽轮机用镍铁基变形高温合金GH2107微观组织及力学性能的影响。结果表明:合金中析出相主要为γ′相、M3B2硼化物、MC和M_(23)C_6碳化物。B抑制合金中M_(23)C_6的析出和长大,阻止晶界粗化,并通过提高晶界结合力和阻碍晶间裂纹萌生来强化合金。P促进M_(23)C_6析出和长大,助长晶界粗化,但是P能抑制裂纹在试样表面萌生和扩展,P原子团还会阻碍晶界滑动与位错滑移。室温下,B、P对晶界的强化作用较弱,晶界为薄弱区,而在高温下,B、P对晶界起到了很好的强化作用。当B含量过高时,将与P产生竞争偏析,降低合金的抗拉伸强度和持久寿命。     

LTES700R改进型合金700℃时效组织与性能北大核心CSCD

在LTES700R基础上发展了一种新型镍基耐热合金,并研究了该改进合金700℃时效后的组织与力学性能。结果表明:合金热处理后主要析出相为γ'、TiC、M_(23)C_6;在5000 h时效过程中合金组织结构稳定,Cr_(23)C_6在晶界处不连续分布,γ'粗化不明显;合金硬度随时效时间的延长先增加后缓慢降低。改进合金的室温和高温拉伸强度略低于LTES700R合金,长期时效的冲击韧性大于Nimonic263,晶界处不连续分布的碳化物增加合金晶界结合力,提高改进合金冲击韧性。     

LTES700R改进型合金700℃时效组织与性能

在LTES700R基础上发展了一种新型镍基耐热合金,并研究了该改进合金700℃时效后的组织与力学性能。结果表明:合金热处理后主要析出相为γ'、TiC、M_(23)C_6;在5000 h时效过程中合金组织结构稳定,Cr_(23)C_6在晶界处不连续分布,γ'粗化不明显;合金硬度随时效时间的延长先增加后缓慢降低。改进合金的室温和高温拉伸强度略低于LTES700R合金,长期时效的冲击韧性大于Nimonic263,晶界处不连续分布的碳化物增加合金晶界结合力,提高改进合金冲击韧性。     

一种新型耐热合金GY200的长期时效组织与性能

研究了一种新型耐热合金GY200在700℃长期时效过程中的组织与性能稳定性。结果表明,在时效过程中,GY200合金的室、高温力学性能的稳定性较好,且时效5 000 h后的综合力学性能较标准热处理态有所提升;时效过程未发现μ相、σ相、P相等TCP有害相析出,碳化物和γ'相未发生明显粗化,组织稳定性较好;MC碳化物非常稳定,W能不断取代Ni、Cr、Co原子进入M_(23)C_6型碳化物,促进M_(23)C_6型碳化物缓慢析出,且M_(23)C_6还会依附于MC表面形核析出;γ'相的粗化速率较缓慢,稳定性较高,长大规律符合L-S-W理论,700℃时效长大粗化方程为γ-3-γ-3=4.408×10~(-4)t。     

长期时效对一种镍基合金的组织与性能影响

研究了一种镍基合金USC141在700℃长期时效过程中组织与性能的变化。结果表明,随时效时间延长,合金的室、高温强度一直保持在较高水平,而晶界碳化物的长大粗化以及逐渐连续成链状,会使得合金的塑性和韧性逐渐下降。时效过程中,合金中M_(23)C_6的析出量缓慢增加,而合金中M_6C型碳化物的演变过程包括3个阶段:(1)M_6C→M_(12)C转变阶段,主要由Mo和Ni元素的扩散进入引起,碳化物总量显著增加;(2)碳化物稳定阶段,碳化物类型以及析出量变化不大;(3)M_(12)C进一步析出、粗化阶段,主要由Mo元素的扩散进入引起,晶内新析出呈薄片状的M_(12)C碳化物。合金中的γ′相的析出行为也包括3个阶段:(1)γ′相快速析出长大阶段,同时颗粒大小趋于均匀化;(2)γ′相缓慢析出长大阶段,γ′相的尺寸和析出量缓慢增加;(3)γ′相粗化、融合阶段,相邻较小尺寸的γ′颗粒接触后融合成较大尺寸γ′颗粒,使得部分γ′相颗粒明显粗化以及总体颗粒尺寸的分布散度显著增加。     

镍基合金Inconel 740H和617B的组织稳定性和耐蚀性对比

对镍基高温合金Inconel 740H和617B在750℃和780℃进行了5000 h的时效及模拟燃煤环境腐蚀试验。使用透射电镜(TEM)、配备能谱(EDS)的扫描电镜(SEM)等对试样表面和截面微观组织进行了分析。结果表明,时效前Inconel 740H合金晶内的γ′相约为5 nm, 750℃和780℃时效后分别为70 nm和95 nm左右。617B合金时效前未观察到γ′相,时效后γ′相析出,并分别长大到100 nm和130 nm左右,说明Inconel 740H合金的组织稳定性比617B合金好。在750℃和780℃模拟燃煤环境的试验证明,Inconel 740H合金比617B合金具有更好的耐腐蚀性,617B合金目前还无法取代Inconel 740H合金。     

两种铸造镍基高温合金在长期时效期间的微观组织和力学性能演变

长期时效期间K452和K446合金中的γ′相形貌都保持球形,尺寸不断粗化,但K446中γ′相的粗化速率总体上比K452快.初生MC的热稳定性不仅与MC本身的化学成分密切相关,而且与合金成分有关;合金中γ基体的热稳定性(即晶内二次碳化物或TCP相的析出)与初生MC的热稳定性有关;晶界粗化通过γ′沉淀及镶嵌于其中的碳化物(M_(23)C_6或M_6C)的析出和长大来实现.γ′相粗化、初生MC分解、晶界粗化以及二次碳化物或TCP相的析出等,使合金的力学性能明显下降。