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。     

一种超超临界电站用镍铁基高温合金凝固和析出相的热力学评估

利用热力学计算软件JMat Pro和镍铁基合金数据库,计算分析了一种新型γ′相强化镍铁基高温合金的凝固特征温度和热力学平衡相的析出行为;评估了调整γ′相形成元素Al、Ti,抗蚀元素Cr和C含量对合金凝固特征温度和相析出行为的影响。结果表明:合金主要相组成为γ、γ′、MC和M_(23)C_6;随着Ti和Al含量的提高,γ′相的析出温度和含量增加,Ti元素的影响更显著;Cr含量的增加会降低合金液相线、固相线和M_(23)C_6相的析出温度并致M_(23)C_6相的析出含量先增加后减小;增加C含量会减小合金的结晶温度间隔、提高MC和M_(23)C_6相的析出温度和析出含量。本模拟研究结果将为合金的优化设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

11%Cr铁素体/马氏体钢蠕变前后的析出相研究

利用透射电镜和能谱仪研究了一种11%Cr铁素体/马氏体钢在蠕变前后的析出相的类型、成分、形貌以及尺寸分布。结果表明,蠕变前钢中的析出相主要为富Cr的M_(23)C_6碳化物,富Nb/富Ta-Nb的MX碳化物,富Nb的MX碳氮化物。在600℃,150 MPa应力下蠕变1100 h后(未发生断裂),M_(23)C_6相的化学成分和尺寸几乎没有变化,Ta-Nb富集的MC析出相溶解,Nb富集的MX析出相内Nb元素含量少量上升,Ta与Cr元素含量下降。MX相的尺寸在蠕变后明显减小。此外,在蠕变后的钢中发现了(Fe,Cr)_2W型的Laves相和M_6C型的碳化物。     

时效温度对S31042奥氏体耐热钢析出相的影响

为了研究时效温度对S31042钢析出行为的影响,在650、700、750℃下对S31042钢进行了长时时效处理。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射,观察及分析了钢中析出相的演变。结果表明,时效温度对钢中析出相种类的影响较小,钢中的主要析出相为M_(23)C_6相、Z相和MX相,700、750℃时效过程中有σ相析出。随着时效温度的升高,晶界处的M_(23)C_6碳化物的析出速率和粗化速率明显加快,而Z相受温度变化影响较小。M_(23)C_6相的粗化受C元素的扩散控制,Z相的粗化则主要受Nb元素的扩散控制。     

镍基高温合金GH141平衡析出相的热力学计算分析

应用Thermo-Calc热力学计算软件,对GH141合金的平衡析出相和非平衡凝固过程进行了模拟计算。结果表明:GH141合金的平衡析出相有γ、γ′、σ、μ和碳化物(M C、M_6C、M_(23)C_6);合金凝固过程中Mo、Ti元素正偏析比较严重,这会降低合金的初熔点;Al、Ti含量对γ′相的开始析出温度和最大析出量有很大影响;C是碳化物最大析出量的控制元素,且M C、M_6C、M_(23)C_6碳化物的主要富集元素分别是Ti、Mo、Cr。研究结果为合金的成分设计和热处理提供一定的理论依据。     

Inconel 617B焊接接头750℃时效组织演变及对性能影响

研究Inconel 617B焊接接头750℃时效前后的组织,探讨时效过程中组织演变对硬度、强度和韧性的影响。结果表明:时效后,Inconel 617B晶界析出块状M_(23)C_6相,晶内弥散析出细小的球形γ'相和针状M_(23)C_6。随时效时间延长,晶界M_(23)C_6长大并连接;晶内γ'相增多、长大,但仍十分细小;晶内M_(23)C_6逐渐长大为薄板状,同时不断析出新的、细小M_(23)C_6。焊缝区时效过程中晶界和晶内析出相的变化与母材区类似,只是M_(23)C_6析出相更多分布在枝晶间。Inconel 617B焊接接头750℃时效硬度和强度先升后降,时效早期γ'相和M_(23)C_6的析出使硬度和强度上升,后因γ'相和M_(23)C_6相不断析出和长大使硬度和强度呈现下降趋势。时效早期韧性的显著下降则与晶界析出的M_(23)C_6和晶内析出的γ'相有关。随时效时间延长,Inconel 617B焊接接头的硬度、强度和韧性下降趋缓。     

TiC—50Nb钢结硬质合金退火态组织的TEM研究

运用TEM研究了TiC-50Nb钢结硬质合金的退火态组织、发现该合金退火态显微组织为:TiC硬质相和由铁素体与M_(23)C_6碳化物构成的球状珠光体。其中TiC边界存在着小凸起,接近TiC处的M_(23)C_6碳化物较少。     

高温短时时效对TP347HFG钢组织和力学性能的影响

为探究高温短时时效处理后TP347HFG钢组织、性能的变化特点,采用金相显微镜、扫描电镜观察、布氏硬度测试、拉伸测试等试验手段研究了720℃下48、72、96和120 h时效处理后的试样。结果表明,和未时效的相比,时效后材料强度和硬度有明显的提高,变化趋势是随时效时间增加先增加后降低,在72 h时达到最大值。72 h时效处理后,原始粗大的未溶解第二相消失,基体中弥散析出的细小第二相(主要是NbC)逐渐增多,晶界也有少量第二相(主要是Cr_(23)C_6)析出,晶粒大小变化不明显,平均尺寸维持在30μm左右;时效96 h后晶界处第二相数量增多,开始聚集、熔合、粗化,有一部分晶粒异常长大,至时效120 h时晶界处可见大量粗大的第二相,晶粒的平均尺寸约为35～40μm。说明时效处理后TP347HFG的性能的改变与时效后组织的变化(第二相的析出、晶粒的长大)有关。     

VC, M_(23)C_6 PRECIPITATES AND STRESS RUPTURE NOTCH SENSITIVITY IN GH36 SUPERALLOY

使用薄膜TEM(透射电镜)直接观察了成分相近但热处理制度不同的两个炉号GH36合金的显微组织,使用SAD(选区电子衍射)和DF(暗场)技术做物相分析。结果表明,合金经正常热处理后析出细小弥散分布的VC,尺寸约为几nm至十几nm,由Moire干涉纹计算出最小的VC颗粒尺寸只有2.8nm。此外还有M_(23)C_6和NbC。其中VC和M_(23)C_6与合金基体的取向关系是[011]_(VC)//[11]_M//[011]_(M_(23)C_6),(111)_(VC)//(111)_M//(111)_(M_(23)C_6),(200)_(VC)//(200)_M//(200)_(M_(23)C_6)。通过补充时效后合金中VC颗粒聚集长大,晶界析出的M_(23)C_6更多,这种组织及晶界状态有利于改善合金的持久缺口敏感性。     

GH36合金中的碳化物和高温持久缺口敏感性

使用薄膜TEM(透射电镜)直接观察了成分相近但热处理制度不同的两个炉号GH36合金的显微组织,使用SAD(选区电子衍射)和DF(暗场)技术做物相分析。结果表明,合金经正常热处理后析出细小弥散分布的VC,尺寸约为几nm至十几nm,由Moire干涉纹计算出最小的VC颗粒尺寸只有2.8nm。此外还有M_(23)C_6和NbC。其中VC和M_(23)C_6与合金基体的取向关系是[011]_(VC)//[11]_M//[011]_(M_(23)C_6),(111)_(VC)//(111)_M//(111)_(M_(23)C_6),(200)_(VC)//(200)_M//(200)_(M_(23)C_6)。通过补充时效后合金中VC颗粒聚集长大,晶界析出的M_(23)C_6更多,这种组织及晶界状态有利于改善合金的持久缺口敏感性。     

EFFECT OF SILICON ON THE TRANSITION OF BRITTLENESS IN A NICKEL BASE WROUGHT SUPERALLOY

Ni-15Cr-6W-3Mo-2Al-2Ti变形高温合金的室温抗张强度、塑性和冲击性能,随着合金中Si含量的变化呈现马鞍型的变化,即在0.4—0.6％Si范围内出现一个低塑性、低拉伸强度和低冲击韧性区。造成这种现象的本质原因是由于Si含量变化改变了晶界碳化物沉淀析出顺序、析出类型、析出量和析出形态。该合金晶界碳化物析出可分为四个阶段:第一阶段,<0.1％Si时,只有单一的M_(23)C_6析出;第二阶段,>0.1％Si以后,除M_(23)C_6外,M_6C开始析出,一直到0.4％Si时增加2缓慢;第三阶段,0.4—0.6％Si时,M_6C大量析出逐渐取代M_(23)C_6;第四阶段,>0.6％Si以后,M_6C量占绝对优势,但增加幅度比第三阶段小得多。从晶界形态来看,第一、二、四阶段皆属不连续的链状形式,只有第三阶段晶界呈现连续膜状。因此,造成性能下降的原因不是因为析出M_6C,而是它的形态,当它以颗粒状分布在晶界上时是一个很好的强化相。第三阶段的不正常析出是性能下降的本质因素。本研究结果打破了只要镍基合金中MO+1/2>W>6％(重量百分比)就形成M_6C的经验判据,“Si”才是该合金碳化物沉淀析出过程的控制因素。本文还对比了冶炼工艺差别对碳化物析出过程的影响。     

不同Mo、W含量叶片用GY200镍基合金中碳化物的析出行为

利用微观组织分析及化学相分析的方法研究了9种不同Mo、W含量的汽轮机叶片用GY200镍基合金中碳化物及γ'强化相的析出规律。结果表明,合金中出现MC、M_6C、M_(23)C_6型碳化物,MC相由一次未溶TiC和少量二次析出的TiC组成,MC相含量随W、Mo添加量增加而增加。M_6C在1080℃就开始析出,对于GY200镍基合金,M_6C析出条件可由Cr/(Cr+Mo+0.7W)≤0.847(at%)经验公式来表达。Mo添加后,M_(23)C_6含量随W添加量的增加有减少趋势。Mo促进TCP相析出的动力学比W元素的要强,利用W来替代部分Mo,能够减少Laves相、TCP相的析出。W添加4%以内将明显改善合金高温强塑性。     

不同Mo、W含量叶片用GY200镍基合金中碳化物的析出行为北大核心CSCD

利用微观组织分析及化学相分析的方法研究了9种不同Mo、W含量的汽轮机叶片用GY200镍基合金中碳化物及γ'强化相的析出规律。结果表明,合金中出现MC、M_6C、M_(23)C_6型碳化物,MC相由一次未溶TiC和少量二次析出的TiC组成,MC相含量随W、Mo添加量增加而增加。M_6C在1080℃就开始析出,对于GY200镍基合金,M_6C析出条件可由Cr/(Cr+Mo+0.7W)≤0.847(at%)经验公式来表达。Mo添加后,M_(23)C_6含量随W添加量的增加有减少趋势。Mo促进TCP相析出的动力学比W元素的要强,利用W来替代部分Mo,能够减少Laves相、TCP相的析出。W添加4%以内将明显改善合金高温强塑性。     

Si对一种镍基变形高温合金脆性转变的影响

Ni-15Cr-6W-3Mo-2Al-2Ti变形高温合金的室温抗张强度、塑性和冲击性能,随着合金中Si含量的变化呈现马鞍型的变化,即在0.4—0.6%Si范围内出现一个低塑性、低拉伸强度和低冲击韧性区。造成这种现象的本质原因是由于Si含量变化改变了晶界碳化物沉淀析出顺序、析出类型、析出量和析出形态。该合金晶界碳化物析出可分为四个阶段:第一阶段,<0.1%Si时,只有单一的M_(23)C_6析出;第二阶段,>0.1%Si以后,除M_(23)C_6外,M_6C开始析出,一直到0.4%Si时增加2缓慢;第三阶段,0.4—0.6%Si时,M_6C大量析出逐渐取代M_(23)C_6;第四阶段,>0.6%Si以后,M_6C量占绝对优势,但增加幅度比第三阶段小得多。从晶界形态来看,第一、二、四阶段皆属不连续的链状形式,只有第三阶段晶界呈现连续膜状。因此,造成性能下降的原因不是因为析出M_6C,而是它的形态,当它以颗粒状分布在晶界上时是一个很好的强化相。第三阶段的不正常析出是性能下降的本质因素。本研究结果打破了只要镍基合金中MO+1/2>W>6%(重量百分比)就形成M_6C的经验判据,“Si”才是该合金碳化物沉淀析出过程的控制因素。本文还对比了冶炼工艺差别对碳化物析出过程的影响。     

铁素体耐热不锈钢0.1C-18Cr-1Al-1Si铸造合金析出相研究

采用相图计算、透射电子显微镜分析等手段,研究了铁素体耐热不锈钢0.1C-18Cr-1Al-1Si铸造合金析出相种类、析出规律和形貌。结果表明:0.1C-18Cr-1Al-1Si在平衡状态下平衡相由铁素体相、α-Cr相、AlN相、M_7C_3相、M_(23)C_6相等组成;随着温度降低,M_(23)C_6相中C含量先升高后降低,Fe含量逐渐降低,Cr含量逐渐升高;M_(23)C_6相具有复杂面心结构,M_7C_3晶体结构为正交结构;AlN为密排六方结构,密排面为(0001),密排面的面间距d=0.476 nm。     

C和Nb含量对TP347HFG钢在650℃析出相参量和持久寿命的影响

研究了C和Nb含量对TP347HFG钢在650℃析出相参量（成分、体积分数和尺寸）和持久寿命的影响.对ASME成分范围内的2种不同C和Nb含量的TP347HFG钢在650℃,230和150 MPa条件下进行持久实验,持久寿命分别为199,420 h和2426,8837 h,其中C含量较低Nb含量较高的样品持久寿命较长.对持久管样的EPMA-EDS+MPSM和TEM-EDS分析表明,较低的C含量和较高的Nb含量对应较少的M₂₃C₆和较多的MX,并阻碍了M₂₃C₆的聚集粗化,同时基体中可保留较多的Cr,有利于延长持久寿命.此外,运用热力学软件Thermo-Calc分析了在500-1300℃范围内C和Nb组合含量的变化对各相成分和体积分数的影响,与实验结果相吻合.     

FeCoCrNiMnC_x高熵合金的组织和力学性能

为了提高FeCoCrNiMn高熵合金的强度,向合金中添加碳元素。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度计以及拉力实验机等设备,分析了该合金的组织结构和性能。结果表明,含碳合金相结构由FCC基体相和M_(23)C_6碳化物组成;随着碳含量的增加,该合金的强度和硬度逐渐升高,但塑性呈下降的趋势。经冷轧退火处理后,该合金的组织和性能得到有效调控。对于FeCoCrNiMnC_(0.1)合金,冷轧退火处理导致M_(23)C_6碳化物均匀地分布于合金中,合金的平均晶粒得到细化,其显微硬度、屈服强度和均匀塑性应变分别为268 HV,581 MPa和25%,呈良好的综合力学性能。