马弗炉用高温合金钢电弧焊接的接头性能

采用钨极氩弧焊与手工电弧焊相结合的方法完成马弗炉高温合金钢的焊接,并通过对其焊接接头常温与高温力学性能的测试,结合焊接接头金相组织的观察,对BSTMUF601与16MnR、SUS310S等异种钢焊接的高温焊接热影响区性能变化给予解析。结果显示,一定焊接工艺条件下的BSTMUF601具有等同于进口材料的焊接接头性能,可用于马弗炉设备制造以及在役马弗炉的修复。     

Al?Zn?Mg?Cu?Zr?(Sc)合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

利用光学显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计和万能拉伸试验机等分析手段,表征了Al?Zn?Mg?Cu?Zr?(Sc)合金搅拌摩擦焊（FSW）接头的显微组织和性能,探究了Sc元素对改善超高强Al?Zn?Mg?Cu?Zr合金焊接性能的作用机制。结果表明:Al?Zn?Mg?Cu?Zr?(Sc)合金焊接接头具有相似的组织特征,焊核区为动态再结晶组织,由细小均匀的等轴晶组成,包含较高密度的位错线,大部分时效析出相回溶;热力影响区晶粒被拉长,位错密度更高,残留的时效析出相显著粗化;热影响区保留与母材相同的晶粒形态,大部分时效析出的η'相发生长大,少部分粗化成η相。添加质量分数0.17%的Sc,可以使合金FSW接头抗拉强度提升43 MPa,屈服强度提升23 MPa,断后伸长率改善2.3%,焊接系数达到74.1%。Al₃(Sc,Zr)二次析出相可以强烈抑制位错、亚晶界、晶界的移动,细化晶粒的同时保留大量的亚结构,且自身可发挥Orowan弥散强化作用。因此,可通过细晶强化、亚结构强化和弥散强化三种方式显著提高合金FSW接头的力学性能。      

回火处理对Q690钢焊接粗晶区组织和性能的影响

用气体保护焊接了Q690钢板,研究了不同温度回火后焊接接头粗晶区的组织及性能变化。结果表明:焊后粗晶区组织为条状马氏体,570℃及以下温度回火后马氏体分解,晶界处有碳化物析出,硬度变化较小;620℃及以上温度回火后,碳化物粗化,硬度大幅下降。回火处理能提高粗晶区冲击韧性,但在520~570℃回火时粗晶区冲击韧性明显降低,冲击断口为沿晶脆性断裂,这是大量碳化物晶间沉淀所致。     

高温长期时效对钴基高温合金GH605组织与性能的影响

研究了长期时效处理对钴基高温合金ＧＨ６０５组织与性能的影响。结果表明,８１５℃长期时效过程中,随时效时间的延长,析出碳化物（主要是Ｍ６Ｃ）逐渐增多,而且时效５００ｈ后发现有少量针状或棒状Ｌａｖｅｓ相析出。高温塑性,尤其是室温塑性的下降与碳化物过分粗化以及脆性Ｌａｖｅｓ相的析出并增多有关,但这两个因素对于室温拉伸强度及高温持久寿命的影响较小。为了使合金塑性得到恢复,可以采用重新固溶处理的措施。     

高温长期时效对钴高温合金GH605组织与性能的影响

研究了长期时效处理对钴基高温合金ＧＨ６０５组织与性能的影响。结果表明,８１５℃长期时效过程中,随时效时间的延长,析出碳化物（主要是Ｍ６Ｃ）逐渐增多,而且时效５００ｈ后发现有少量针状或棒状Ｌａｖｅｓ相析出。高温塑性,尤其是室温塑性的下降与碳化物过分粗化以及脆性Ｌａｖｅｓ相的析出并增多有关,但这两个因素对于室温拉伸强度及高温持久寿命的影响较小。为了使合金塑性得到恢复,可以采用重新固溶处理的措施。     

AZ31Mg/6061Al超声波焊接及其界面性能分析

镁和铝合金在现代工业中应用越来越广泛,但是其焊接性能差。超声波焊接作为一种固态连接方法在焊接镁铝异质合金方面具有其优越性。研究不同焊接工艺参数组合对AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接界面性能的影响机制。采用正交试验结合回归分析建立回归方程并优化设计AZ31Mg/6061Al异质合金超声波焊接参数;利用显微硬度计、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、 X射线衍射仪(XRD)和3D景深显微分析等研究了接头的界面反应行为和结合性能。结果表明:在最佳参数下(功率WP=1400 W,时间t=700 ms,压力WF=1145.11 N)接头实现有效结合,连接面出现机械互锁并伴有少量不连续的金属间化合物(IMC)层,拉伸时失效形式为具有一定延性的Al侧断裂,拉剪力达1007 N;在高频振动和高应变率作用下加速了界面元素的互扩散速率;当焊接参数为功率WP=1600 W,时间t=900 ms,压力WF=1145.11 N时IMC层厚度达23μm;这种连续的IMC层由Al_(12)Mg_(17)和Al_3Mg_2两种脆性相组成,析出顺序为Al_(12)Mg_(17), Al_3Mg_2,其中Al_3Mg_2具有更快的长大速度。IMC层是降低Mg/Al异质接头综合机械性能的主要因素。     

Q345B-Fr建筑耐火钢焊接性及焊接接头组织性能研究

介绍了鞍钢开发的建筑耐火结构钢Q345B—Fr的焊接性及焊接接头的组织性能。使用相匹配的E5015NiMo手工焊条,焊接接头具有良好的综合力学性能和抗高温强度,在600℃保温2h条件下,高温强度大于常温强度的2／3。     

超细晶Cu/AI异种材料搅拌摩擦焊组织与性能研究

超细晶材料综合性能优异,但组织热稳定性较差,焊接后接头组织容易发生异常长大,使其性能急剧下降。因此,合适的连接工艺对大尺寸超细晶结构件的应用具有重要工程意义。以超细晶铜、粗晶铝以及粗晶铜、粗晶铝作为结构母材,采用热输入量小的搅拌摩擦焊（FSW）工艺进行连接探索,系统观察了铜铝接头组织与性能。结果表明,超细晶铜与铝接头界面处元素互扩散能力较强,形成较多的Al4Cu9 金属间化合物;在焊接过程中,当搅拌头转速为1000 r/min,焊接速度为50 mm/min时,粗晶铜与铝接头硬度可达HV 211,超细晶铜与铝焊接接头可获得良好的力学性能。     

热处理对GH3128合金接头组织及力学性能的影响

 核能已经逐渐取代化石能源成为新一代能源,作为重要构件的高温气冷堆中间换热器得到了广泛关注。由于GH3128合金具有较好的焊接性、较高的高温抗氧化性能和组织稳定性,有望成为超高温气冷堆中间换热器的候选材料,但基于换热器结构复杂性以及密封性的要求,焊接是其生产和制造的关键成形手段。采用脉冲钨极氩弧焊(GTAW)对GH3128合金2 mm板材进行对接焊,研究了热处理对焊接焊接接头显微组织以及应力的影响。结果表明,在优化焊接工艺参数下,固溶态板材接头表现出最高的强塑性,室温及高温拉伸断裂位置均为母材。由于热轧态与固溶态板材接头热影响区在焊接过程中产生残余应力,导致该区硬化,在高温变形过程中残余应力诱发热影响区μ相析出,对接头持久、蠕变性能造成不利影响。焊后热处理消除了接头热影响区的残余应力,减少了持久、蠕变过程中μ相的析出,接头持久寿命得以改善。在1 200 ℃下,残余应力可为焊后热处理过程中静态再结晶提供激活能,接头热影响区发生再结晶,硬度下降,接头塑性变形能力不协调,导致室温拉伸与950 ℃拉伸断裂位置均为焊接接头。对固溶态板材试样进行不同的焊后热处理,EBSD扫描结果分析发现,接头经过1 100 ℃×10 min热处理后,残余应力明显消失,温度升高至1 140 ℃后,热影响区开始发生再结晶。     

Ni_3Al型金属间化合物涂层中原位自生的M_7C_3型碳化物及涂层耐磨性研究

本文针对工业高温高耐磨的防护需求,研究一种原位自生Cr_xC_y碳化物增强Ni_3Al金属间化合物涂层,替代现有的Ni Cr-Cr_3C_2涂层。研究中采用真空雾化工艺制备了碳化物体积含量70%的一种原位自生碳化物的Ni_3Al型金属间化合物粉末,通过HVOF喷涂工艺制备涂层。借助扫描电镜和X射线衍射等手段,研究粉末与涂层的显微组织、相成分及碳化物分布形貌。结果表明,粉末和涂层中的碳含量均与设计保持一致;粉末以及涂层中的显微组织均主要由(Ni,Cr)_3Al+M_7C_3型碳化物相组成,且粉末和涂层中的两相比例基本一致;其中弥散分布的原位自生M_7C_3型碳化物呈条片状,X射线衍射配合电子能谱分析显示该碳化物为(Cr,Al)_7C_3;测试并比较了研制涂层与商用Cr_3C_2-Ni Cr涂层的硬度和滑动摩擦磨损性能,当温度升高到700℃,研制涂层的显微硬度几乎没有变化;含有原位自生的M_7C_3型碳化物的Ni_3Al型金属间化合物涂层拥有比Cr_3C_2-Ni Cr涂层更低更稳定的摩擦系数、更好的磨损抗力以及与对磨副更佳的相容性,尤其高温耐磨性表现优异;研制涂层中片状条状M_7C_3型碳化物颗粒有效阻碍磨粒的显微切削运动,对摩擦副形成了很好的保护作用,显著改善了耐磨性。该涂层在高温对磨条件下具有很好的潜在应用价值。     

回火次数对P91焊管接头力学性能的影响

采用光学显微镜、X射线衍射分析、透射电镜、选区电子衍射及常温与高温拉伸试验等检测手段,基于不同回火次数下P91焊接接头显微组织的演化过程研究其对力学性能的影响.结果表明,随着回火次数的增多,接头显微组织主要保留了板条马氏体位向的回火索氏体,主要相为α-Fe相和Fe-Cr相,热影响区的室温及高温强度先增大后减小.在回火一次时,弥散析出的MX (M=V/Nb,X=C/N)型碳氮化物、位错缠结及亚稳态的位错网对接头有一定的析出强化及位错强化作用,其力学性能较佳,高温抗拉强度达最大值232.66 MPa;随着回火次数进一步增多,离散分布的碳化物Cr₂₃C₆逐渐偏聚并在晶界处演化为串链状分布,使晶界脆化,强度降低,但韧性有所改善.      

IC10合金TLP扩散焊技术与应用研究

IC10合金是Ni3Al基金属间化合物,它具有优异的高温性能.用研制的镍基中间层合金KNi-1、KNi-2、KNi-3进行了TLP连接试验,发现中间层合金的铝含量对接头组织有明显影响.还对接头进行了高温拉伸、高温持久等测试,获得接头强度达到基体强度80%的TLP扩散焊接技术.     

WC-Fe3Al表面耐磨复合材料的研制

用药芯焊丝法制得WC-Fe3Al复合焊材,将该焊材堆焊于工件表面,利用氩弧物理热和Fe-Al反应热使碳化物硬质颗粒与Fe3Al金属间化合物复合,从而在焊层中形成碳化物颗粒强化的Fe3Al基复合材料.微观组织观察与XRD相分析表明,堆焊过程中WC颗粒发生分解,析出弥散分布的细小W2C相.基体相组成受WC-Fe3Al复合药芯焊丝制备时Fe/Al配比的影响,主要为Fe3Al相,但当Fe/A1配比不适当时会出现部分α-Fe.碳化物的弥散强化作用显著提高了Fe3Al基复合材料的硬度和耐磨性,使该材料成为一种有工业化应用前景的新型高温耐磨表面强化材料.     

Ni基粉末冶金高温合金平衡析出相的热力学研究

为了对Ni基高温合金进行优化设计,采用热力学计算软件Jmatpro与相应的Ni基高温合金数据库,对3代粉末高温合金René95、René88DT和René104合金的平衡相析出行为进行了热力学计算与比较研究。结果表明:3种合金的平衡相种类基本相同,主要平衡相为γ、γ’、碳化物M23C6和MC以及硼化物M3B2,但析出量、析出温度及范围存在差别。René104合金有较高的γ’相析出温度和较多的γ’相析出量,而René88DT合金的γ’相析出温度最低,γ’相析出量最少;Ta的添加使Nb元素在γ’相中的含量随温度降低先增加后减少的变化规律变为随温度降低而一直减少;另外,对于碳化物而言,René95和René88DT合金中的碳化物析出规律基本一致,只是析出量和析出温度区间不同,而René104合金与它们存在一定差别。     

Nb在高铝铁素体钢中的固溶析出行为

采用电解相分析方法, 结合X射线衍射分析和电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等对高铝铁素体基体中的析出相颗粒粉末和电解液进行定性定量分析. 试验结果表明, 试验钢中固态析出相主要为NbC以及少量的Al₂O₃和AlN夹杂. 通过扫描电镜观察不同再加热温度下NbC分布状态, 发现随着固溶温度的升高, 铸态组织中存在的NbC析出逐渐回溶, 数量随之减少且发生明显的粗化行为. 当温度升高到1100℃, 大部分NbC已经回溶到高温铁素体基体中. 在利用Thermo-Calc热力学计算软件分析Nb及其碳化物的热力学性质基础上, 计算得到Al与Nb的相互作用系数, 表明Al能够降低Nb在铁素体基体中的活度, 提高其在基体中的固溶度, 进一步得到了NbC在高铝铁素体钢中的固溶度积公式, 发展了高温铁素体中的Nb微合金化理论, 为进一步的应用提供了理论基础.      

硅对铁基双相高温合金组织和性能的影响

为了利用常规工业原料制备低成本的超高温铁基结构合金,研究了硅对铁基(Fe-Cr-Ni-Al)双相高温合金组织和性能的影响.硅在合金中的固溶促进了碳化物的析出,过量的硅会导致合金中碳化物明显粗化,进而析出网状G相.随着硅含量的增加,合金1 250℃的抗拉强度明显提高.但是硅含量超过1.0%时,强度则明显降低.硅含量的增加有效地提高了合金在1 250℃大气环境中的抗氧化性能.综合考虑Fe-Cr-Ni-Al双相高温合金的强度和高温抗氧化性能,适宜的硅含量为1.5%.     

热输入对DP600激光焊组织和力学性能的影响

摘要：为了研究DP600钢的焊接性能,采用5种不同的激光焊接工艺进行焊接试验。结果表明,焊接接头表面成形质量良好,随着热输入的增加,上下熔宽逐渐增大;熔融区均为板条状马氏体组织,当热输入高于33J/mm时热影响区组织为马氏体、铁素体和少量的回火马氏体;当热输入低于33J/mm时,热影响区组织为马氏体和铁素体。在低热输入条件下,回火时间很短,马氏体未发生分解;在高的热输入条件下,回火时间较长,马氏体分解显著,热影响区中出现M3C型碳化物,碳化物形貌以球状和片状为主。从熔融区到母材,显微硬度值逐渐降低;焊接接头静态拉伸失效位置均在母材,拉伸断口为韧性断口,DP600钢激光焊接接头不存在软化现象。     

高温轴承钢中析出相的表征

高温轴承钢的性能,在很大程度上取决于钢中各种相的数量、组成和大小,轴承钢经过等温热处理,通常会形成碳化物相、金属间相等析出相。为了研究不同热处理条件下高温轴承钢中析出相的析出行为,实验选择了合适的电解条件,利用电解萃取方法将析出相从基体中分离。实验采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了提取后析出相的结构及形貌,用化学湿法和电感耦合等离子体光谱仪对析出相的分离与定量成分检测进行研究。研究结果表明:电解萃取温度对χ相萃取量影响明显,χ相在含氧化剂的弱酸中不溶,在50%(V/V)H_2SO_4中溶解。随着时效时间的增加,M_6C相明显增加,χ相减少。M_6C相呈颗粒状,粒径细小,χ相呈块状,颗粒粗大。     

热输入对DP600激光焊组织和力学性能的影响

为了研究DP600钢的焊接性能,采用5种不同的激光焊接工艺进行焊接试验。结果表明,焊接接头表面成形质量良好,随着热输入的增加,上下熔宽逐渐增大;熔融区均为板条状马氏体组织,当热输入高于33 J/mm时热影响区组织为马氏体、铁素体和少量的回火马氏体;当热输入低于33 J/mm时,热影响区组织为马氏体和铁素体。在低热输入条件下,回火时间很短,马氏体未发生分解;在高的热输入条件下,回火时间较长,马氏体分解显著,热影响区中出现M_3C型碳化物,碳化物形貌以球状和片状为主。从熔融区到母材,显微硬度值逐渐降低;焊接接头静态拉伸失效位置均在母材,拉伸断口为韧性断口,DP600钢激光焊接接头不存在软化现象。     

马弗用BSTMUF601厚板焊接接头的组织与性能试验研究

试验采用金相显微镜(OM)、洛氏硬度计及高温拉伸力学性能测试,定量分析光亮退火马弗用BSTMUF601厚板焊接接头组织特征、硬度分布及高温力学性能。结果表明,焊接热影响区组织过渡良好,焊缝区未见裂纹、气孔和夹杂等缺陷;马弗管的焊接工艺增强了原来母材材料的硬度指标;母材区与焊缝区均在1 100℃的条件下力学性能达到最优。通过对焊接工艺的可靠性进行评价,为低成本马弗管的国产化应用提供依据。