焊接热循环及时效处理对一种Ni-Fe基高温合金的组织和力学性能的影响

采用焊接热模拟实验,研究了焊接热循环对一种700℃超超临界火电机组高温部件候选材料—Ni-Fe基高温合金组织和力学性能的影响.结果表明,固溶态Ni-Fe基高温合金在经过峰值温度为1249℃的焊接热循环后,25和700℃屈服强度和抗拉强度都降低,延伸率升高.对经过焊接热循环后的合金再进行时效处理发现,在25℃时,焊接热循环后再时效样品的屈服强度和抗拉强度与母材时效态相当;在700℃时,焊接热循环后再时效样品的强度高于母材时效态的强度.Ni-Fe基高温合金在高温焊接热循环过程中,强化相γ'以及难溶相MC发生溶解,导致强度下降.经过时效处理后,强化相γ'再次大量析出,同时晶界析出了M23C6.M23C6存在于晶界,并没有造成拉伸性能的弱化.高温焊接热循环使MC发生部分溶解,为M23C6的时效析出提供了C元素.     

C-HRA-3耐热合金850 ℃持久性能及组织特征

研究了C-HRA-3耐热合金在850 ℃持久试验过程的碳化物特征。结果表明:当持久应力为120 MPa时,持久寿命为37.8 h,主要析出相包括M₂₃C₆相和Ti(C, N)相,高应力状态下,M₂₃C₆相沿变形带析出。当持久应力为80 MPa时,持久寿命延长至491 h,晶界处M₂₃C₆相部分回溶,导致晶界特征不明显,同时细小M₂₃C₆相重新析出,晶内析出的Ti(C, N)相尺寸增加。不同应力下试样的断裂方式均为沿晶断裂,裂纹源优先在尺寸较大的析出相(M₂₃C₆和Ti(C, N))周围萌生,导致伸长率随持久寿命延长而减小。     

K439B铸造高温合金800℃长期时效组织与性能演变

对K439B合金开展800℃、3000 h长期时效,研究合金显微组织及力学性能的演变,分析室温拉伸及815℃、379 MPa持久性能的变形机制。结果表明：热处理态K439B合金中的γ’相呈球状,晶界存在MC及M₂₃C₆ 2种碳化物,而枝晶间仅存在MC碳化物。在800℃长期时效过程中,γ’相的粗化遵循Ostwald熟化机制且形貌趋于立方化,γ′相粗化速率为71.7 nm³/h;晶界和枝晶间MC碳化物发生退化,M₂₃C₆碳化物析出含量逐渐增加。时效3000 h后晶界γ’相与M₂₃C₆碳化物存在■的位向关系。热处理态合金的室温抗拉强度和屈服强度分别为1159.0和911.5 MPa,815℃、379 MPa持久寿命为150.4 h。长期时效后γ’相尺寸增加使得位错的运动方式由以位错在基体中滑移为主向位错切入γ′相为主转变,γ′相中出现了更多的堆垛层错,合金室温拉伸强度和815℃、379 MPa持久寿命均降低。     

焊接热循环及峰值温度对C-HRA-2镍基合金组织演变的影响

通过焊接热模拟方法得到了C-HRA-2镍基合金在不同一次峰值温度(T_p1=1150,1250,1350℃)和二次峰值温度(T_p2=850,950,1050,1150,1250,1350,1450℃)下的焊接热影响区(HAZ),研究了峰值温度和热循环次数对C-HRA-2合金HAZ微观组织演变的影响,并测试了其显微硬度。采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对HAZ的微观结构和碳化物进行表征。结果表明,在T_p1=1150℃的HAZ中,可观察到沿晶界析出的细小的M₂₃C₆碳化物。在T_p1>1250℃的HAZ中,在晶界附近发现由于成分液化而导致的γ基体与M₂₃C₆碳化物组成的微观结构。当T_p2在1050～1250℃,可在HAZ中的晶界附近观察到与在T_p1     

A286合金的高温持久性能

为了探究A286合金的高温持久性能,对采用进口电炉+炉外精炼+真空自耗(EAF+LF+VAR)冶炼工艺制备的A286合金进行不同温度和应力的高温持久试验,利用Larson-Miller参数(LMP)预测了A286合金的持久寿命,并分析了断口微观组织演变。结果表明,A286合金应力与LMP之间的关系为σ=-107.30×LMP+3011.02。随着试验温度的降低,A286合金的断裂方式由韧窝和孔洞组成的韧性断裂转为沿晶断裂的脆性断裂。在低温高应力下,裂纹主要在MC和M₂₃C₆处产生,在高温低应力下,裂纹主要在片层状η相处产生。在试验温度650℃、应力450 MPa下,强化机制主要为位错切过γ′相的沉淀强化,在试验温度750℃、应力150 MPa下,强化机制为位错切过γ′相的沉淀强化和位错绕过γ′相的弥散强化,并且晶内析出的TiP₂、(Ti, Nb)C、TiC和NbC等纳米颗粒有利于高温持久蠕变。     

蠕变过程中P91钢晶界析出相的变化行为

对600℃和650℃蠕变持久断裂试验过程中P91钢组织演变及晶界析出相的变化规律进行了研究。结果表明，在蠕变过程中，P91钢马氏体板条组织随蠕变断裂时间增加逐渐趋于分散，晶界析出相的数量及尺寸增加。晶界上的析出相主要为M₂₃C₆相和Laves(Fe₂Mo)相，Laves相的形核点主要位于晶界上M₂₃C₆相界面处，晶界上的M₂₃C₆相与基体相比具有更高含量的Mo,为Laves相的形成和粗化提供了有利条件，同时晶界上偏聚的Si增加了钢的自扩散系数，促进了Laves相的形成，也使得Laves相的粗化速率较M₂₃C₆相更高。在蠕变过程中P91钢的硬度随断裂时间的延长呈下降趋势，且试验温度越高硬度下降越明显。     

GH3230合金M23C6型碳化物的析出行为

研究了固溶态GH3230合金在800~1100 ℃时效不同时间下的碳化物析出行为。结果表明:GH3230合金固溶态组织主要为γ相+初生粒状碳化物M₆C+少量晶界粒状碳化物M₂₃C₆。试验合金在800~1100 ℃短时时效后,晶界和晶内析出的碳化物主要为M₂₃C₆型。其中晶界粒状M₂₃C₆型碳化物有沿着晶内长大的倾向,并逐渐变成胞状碳化物。在同一时效温度下,晶内碳化物析出数量会随着时效时间的增加而增加,此后会逐渐回溶,回溶开始的时间会随着时效温度的提高而逐渐提前。     

固溶后冷却方式对Inconel X-750合金组织和性能的影响

采用SEM、TEM、EDAX和相分析等分析手段,研究Inconel X-750合金固溶后不同冷却方式下组织和性能的变化。结果显示:水冷和油冷抑制合金中γ′相的析出,时效后均析出球形的γ′相。炉冷后合金中析出一次立方体形γ′相和二次球形γ′相,时效后再次析出球形γ′相;水冷和油冷后晶界上无碳化物析出,时效后晶界上均析出细小针状M₂₃C₆。炉冷后合金晶界上析出块状M₂₃C₆,时效后碳化物尺寸略微长大,形状基本不变;炉冷+时效后合金的强度最高,水冷+时效后合金的冲击性能最好。     

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。     

高温长时服役HR3C钢焊接接头的组织与性能

采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪以及拉伸和弯曲试验研究了高温服役4.2万小时超超临界机组用HR3C钢焊接接头的微观组织和力学性能。研究结果表明,高温长时服役后HR3C钢焊缝金属中形成了大量条状和颗粒状M₂₃C₆析出相,焊接热影响区奥氏体晶粒长大,在晶界附近形成了板状M₂₃C₆相。拉伸和弯曲试验结果表明HR3C钢焊接接头高温服役后表现出明显的时效脆化倾向。     

P92钢焊接接头Ⅳ型蠕变断裂特性

在600—650℃,100—240 MPa对用埋弧自动焊工艺制备的P92钢焊接接头进行高温蠕变实验,采用OM,SEM和TEM等研究焊接接头的Ⅳ型蠕变断裂特性.结果表明,P92钢焊接接头的Ⅳ型断裂发生在高温和低应力条件下,存在一个临界Larson-Miller参数LMP和临界应力,它们的值分别约为35.5和120 MPa;Ⅳ型断裂部位的变形很小,位于靠近临界热影响区的细晶区,即加热峰值温度在A_C3附近,该部位显微结构退化为铁素体等轴晶及蠕变过程中Laves相在晶界析出和长大是影响Ⅳ型断裂的主要因素,M₂₃C₆粗化的影响较小;焊接接头Ⅳ型断裂是一种晶界孔洞聚集型蠕变断裂,孔洞在粗大Laves相附近形核,可用损伤晶界上孔洞面积分数f或孔洞面积分数a作为发生Ⅳ型断裂的微观判据,它们在650℃时的临界值分别约为0.5%和1.2%.     

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.     

P92钢焊接接头Ⅳ型蠕变断裂特性

在600-650℃,100-240 MPa对用埋弧自动焊工艺制备的P92钢焊接接头进行高温蠕变实验,采用OM,SEM和TEM等研究焊接接头的Ⅳ型蠕变断裂特性.结果表明,P92钢焊接接头的Ⅳ型断裂发生在高温和低应力条件下,存在一个临界Larson-Miller参数LMP和临界应力,它们的值分别约为35.5和120 MPa;Ⅳ型断裂部位的变形很小,位于靠近临界热影响区的细晶区,即加热峰值温度在Ac₃附近,该部位显微结构退化为铁素体等轴晶及蠕变过程中Laves相在晶界析出和长大是影响Ⅳ型断裂的主要因素,M₂₃C₆粗化的影响较小;焊接接头Ⅳ型断裂是一种晶界孔洞聚集型蠕变断裂,孔洞在粗大Laves相附近形核,可用损伤晶界上孔洞面积分数f或孔洞面积分数a作为发生Ⅳ型断裂的微观判据,它们在650℃时的临界值分别约为0.5%和1.2%.     

Effect of Aging Heat Treatment on the Microstructure and Creep Properties of the Cast Ni-Based Superalloy at Low Temperature

Effect of aging heat treatment on the grain boundary microstructure and creep properties of a cast Ni-based superalloy was investigated. With increasing aging temperature from 750 to 1000 ℃, M_(23)C_6 carbides along the grain boundaries evolve from fine distributed block, continuous film into the coarse discrete block. Moreover, the M_(23)C_6 carbides are mainly enveloped within γ’ layers along grain boundaries during 1000 ℃ aging. Creep rupture lifetime and elongation at 760 ℃ and 645 MPa are improved with increasing the aging temperature. In particular, the creep rupture lifetime of the specimens aging at 1000 ℃ is one order of magnitude higher than that of the specimens aging at 750 ℃. The enhancement of ductility induced by the γ’ envelopes plays a significant role in the improvement of creep rupture lifetime.     

CLAM钢搅拌摩擦焊接头高温蠕变行为

针对核聚变堆用CLAM钢,对焊后热处理的搅拌摩擦焊接头在823 K条件和180～300 MPa应力水平下的单轴拉伸蠕变性能、断口形貌、显微组织进行了研究.结果表明,当蠕变应力由300,260及220 MPa降低到180 MPa时,CLAM钢搅拌摩擦焊接头的蠕变寿命分别由1.5,19.2及883 h增加到6769 h以上...     

核级316H管道熔敷金属蠕变性能表征

文中通过开展核级316H管道熔敷金属在525℃不同应力下的蠕变试验,对熔敷金属蠕变后的析出相演变、蠕变损伤机理和断裂机制进行研究.结果表明,316H熔敷金属的蠕变曲线由瞬时蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段组成,其高温蠕变机制为幂律蠕变.在蠕变断裂后的熔敷金属内部发现三种析出相:在δ铁素体内部析出的具有强化作用的Laves相,在δ铁素体与奥氏体界面析出的促进空洞形核长大的σ相和链状M₂₃C₆. 在σ相和链状M₂₃C₆附近区域产生的蠕变空洞是蠕变失效的主要原因.在断口处观察到大小均匀的等轴韧窝,说明熔敷金属的断裂机制为韧性断裂.     

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.     

G115马氏体耐热钢平衡析出相的热力学计算和分析

为了制备超10 t级G115马氏体耐热钢的大型铸件,需科学评估合金元素对析出行为的影响。采用Thermo-Calc软件的TCFe9数据库对G115马氏体耐热钢的平衡析出相进行热力学模拟计算,研究了主元素对G115钢平衡态析出相类型、析出量和析出温度的影响。计算结果表明:G115马氏体耐热钢在650 ℃下的析出相主要有MX相(FCC-A1#2:NbC)、M₂₃C₆、Laves相和富Cu相。其中NbC的析出温度为1148 ℃,M₂₃C₆的析出温度为871 ℃,Laves相的析出温度为811 ℃,富Cu相的析出温度为734 ℃。其中C和Cr对M₂₃C₆的析出有影响,C和Nb对NbC的析出有影响,W对Laves相的析出有影响,B对各相的析出均无明显影响。     

BNi2+TiH2复合钎料钎焊C/C复合材料与GH99镍基高温合金

采用BNi2+TiH₂复合粉末钎料成功实现C/C复合材料与GH99镍基高温合金的钎焊,对焊后接头界面组织及力学性能进行了分析.结果表明,焊后接头典型界面结构为C/C复合材料/Cr₃C₂+MC+Ni(s,s)/MC+Ni(s,s)/Ni₃Si+Ni(s,s)/Cr₃C₂+MC+Ni(s,s)/GH99高温合金.钎料中加入TiH₂,可促进C/C复合材料母材的溶解,并在钎缝中部形成MC碳化物颗粒.随着TiH₂含量的增加,钎缝中部MC形态由细小弥散向大片状转变.当TiH₂含量为3%时,接头室温及800,1000℃高温抗剪强度最高,分别可达40,19及10 MPa,接头强度高于BNi2钎料钎焊接头强度,并可有效保证接头高温使用性能.