In718合金凝固过程中偏析和二次枝晶角度对糊状区Rayleigh数的影响

用扫描电镜和能谱仪研究分析了Inconel 718合金定向凝固过程中枝晶间的偏析和二次枝晶角度对合金Rayleigh数的影响。结果表明,Inconel 718合金凝固过程中的主要偏析元素是Nb和Mo,合金的Rayleigh数在液相线下10℃值最高,形成黑斑趋势最大;Inconel 718合金糊状区内,二次枝晶角度对Rayleigh数值具有显著的影响。     

激光熔覆Inconel718合金裂纹分析及裂纹控制研究

目的 针对K418合金表面激光熔覆裂纹萌生、元素偏析等难题,探究裂纹萌生与元素偏析之间的关系,利用后处理工艺进行裂纹的修复及偏析现象的控制。方法 在K418合金表面激光熔覆了Inconel718合金,以基体及熔覆材料的热物性参数和界面元素匹配性为出发点,对熔覆中裂纹的敏感性进行了分析。结果 合金元素的偏析造成了裂纹的萌生与扩展。基体热影响区裂纹的形成与热影响区内析出的块状碳氮化物有关,熔覆层裂纹与枝晶间析出的不规则链状Laves相有关。采用激光重熔工艺对熔覆层进行了后处理,试验结果表明,重熔后的组织致密,晶粒细小均匀,无裂纹及粘粉等明显缺陷。激光重熔减少了基体热影响区及熔覆层中因元素偏析产生的碳氮化物及Laves相的尺寸及数量,重熔后覆层的摩擦因数为0.55,比重熔前下降了49.5%,具有良好的减摩特性;磨损率为3.15×10-4 mm3/(N?mm),比重熔前下降了37.5%,耐磨性能得到提升。结论 激光重熔技术可以愈合K418激光熔覆Inconel718合金的裂纹,并显著降低涂层的元素偏析程度。     

激光熔覆Inconel 718合金铌偏聚（英文）

Inconel 718高温合金被广泛地应用于航空航天和汽轮机领域。在激光熔覆Inconel 718合金中存在铌的偏聚现象,而铌偏聚会影响到合金在快速凝固过程中的相变。为了控制熔覆层的显微组织并提高其力学性能,采用组织观察和能谱分析研究凝固条件对铌偏聚及富铌Laves相形成的影响规律。结果表明冷却速度对熔覆组织具有显著影响。高的冷却速度有利于抑制铌的偏聚,减少对Inconel 718合金力学性能有害的Laves相的析出。     

高温合金Inconel718、Inconel706和Inconel706M电渣重熔组织均匀性

对比研究了高温合金Inconel 718、Inconel 706和Inconel 706M电渣重熔铸锭的枝晶组织和析出相差异。结果表明,在3种高温合金中,718铸锭中心区域的枝晶间距与边缘区域的差值最小,并且主要偏析元素Nb和Ti在铸锭中心的偏析率与边缘的差异也最小,718铸锭的宏观组织均匀性最好;706M铸锭中心与边缘的枝晶间距差值最大,且铸锭中心的Nb元素偏析率与边缘的差异达到0.91%,铸锭宏观组织均匀性最差。718铸锭枝晶间易富集正偏析元素Nb和Mo,最高含量分别达到6.82%和3.01%;706、706M铸锭枝晶间最高Nb含量均低于4%,Ti元素含量最高均达到2%以上,同时706及706M铸锭组织中Nb的偏析率依然很大。706铸锭组织中Laves相最多,中心位置Laves相含量达到3.9%,边缘含量降低超过2%,分布不均匀;706M铸锭组织中Laves相最少,中心及边缘含量均低于2%,含量分布比较均匀。与718和706相比,706M铸锭中心区域的碳氮化物平均长度与边缘的差异最大,且组织中存在更少的针状相。     

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。     

不同气氛对激光熔覆IN718涂层形貌、组织与性能的影响

目的研究不同气氛条件下激光熔覆IN718高温合金涂层的微观偏析。方法利用激光熔覆技术,在不同送粉气和不同保护气条件下制备了IN718高温合金涂层,并对制备的涂层进行双时效热处理。采用光学显微镜观察显微组织结构和特征,采用扫描电镜和能谱仪对涂层组织和相成分进行分析,采用维氏硬度计对涂层热处理前后的硬度进行测定。结果送粉气种类对熔覆层的形貌和组织有一定影响,而保护气种类对熔覆层的形貌和组织影响不明显。与氩气作为送粉气制备的涂层相比,氦气作为送粉气制备的涂层组织更加细密,Laves相的尺寸更小且分布更均匀,Laves相的体积分数由氩气送粉的9.35%减少到氦气送粉的5.25%,并且Laves相中Nb的质量分数由20%下降到16%,涂层硬度由287HV0.2提高到306HV0.2。双时效热处理后,涂层的显微硬度明显提高,氦气作为送粉气制备的涂层硬度为468HV0.2,高于氩气作为送粉气制备的涂层硬度447HV0.2。结论氦气作为送粉气能有效降低激光熔覆IN718涂层的Nb元素偏析,同时细化涂层组织,提高涂层显微硬度。氦气作为保护气对涂层形貌和组织的影响不明显。     

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。     

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,Laves相的回溶情况较为理想,实验结果与利用残余偏析指数6的计算结果基本一致.     

热处理对等离子熔覆镍基高温合金涂层显微组织和性能的影响

采用等离子熔覆技术制备了GH4169合金涂层并研究了热处理对涂层显微组织和硬度的影响。结果表明,熔覆态涂层横截面组织主要为顶部的等轴晶和中部有方向性的树枝晶。纵截面的组织是树枝晶,因为最大温度梯度方向是变化的,从垂直于衬底表面转变为平行于熔融池的行走方向。不同热处理对涂层组织均有一定程度的细化,枝晶中偏析的铌在高温固溶处理后溶解于奥氏体中。由于强化相及细小Laves相的析出,熔覆层的显微硬度明显提高。     

TiC添加量对高能激光熔覆Inconel718基陶瓷涂层显微组织和摩擦磨损性能的影响

目的 针对Inconel718镍基高温合金耐磨性不足的问题,制备小尺度TiC增强Inconel718镍基高温合金耐磨复合材料,提升其硬度及耐磨性.方法 利用4000 W高能激光束快速熔融制备TiC/Inconel718基陶瓷复合涂层,并针对TiC质量分数分别为5％、15％、25％的复合涂层,依次进行物相成分、显微组织、压痕硬度、摩擦磨损性能等方面的分析.结果 随着TiC含量的增加,γ-(Ni,Cr,Fe)基体上析出的TiC小尺度颗粒逐渐增多,显微组织明显细化,TiC晶界处偏聚了大量Nb、Mo元素,并与Ti元素置换生成了铌、钼类碳化物.同时,(Nb,Ti)C复合型碳化物和Laves相的析出,进一步提升了复合涂层的显微硬度,由297 HV0.2逐步提升至408 HV0.2,摩擦系数从0.3402降低至0.2628,磨损率从35.15×10–4 g/(N·m)减少至5.96×10–4 g/(N·m),磨损机制由严重的粘着磨损转变为以磨粒磨损和氧化磨损为主.结论 通过高能激光熔覆制备小尺度TiC增强体颗粒,可细化复合涂层的显微组织,其显微硬度随TiC含量的增加而相应提高.在磨损试验过程中,TiC/Inconel718陶瓷复合涂层表现出良好的减摩和耐磨性能.     

感应洛伦兹力对激光熔覆Inconel 718涂层中Fe元素分布的影响

为了研究稳态磁场对激光熔覆Inconel 718涂层中Fe元素分布的影响,建立基于体积平均法的三相混合凝固模型,在激光熔覆过程中耦合加入稳态磁场,模拟316L不锈钢表面制备Inconel718涂层。采用2D瞬态模型,结合传热传质,流体流动和感应洛伦兹力,模拟激光熔覆涂层中的元素分布,并与实验结果进行对比。结果表明,未施加磁场时熔覆层中Fe元素呈均匀分布;施加稳态磁场时熔覆层中Fe元素分布不均匀,在熔覆层顶部Fe元素含量较低,熔覆层底部Fe元素含量较高。模拟结果与实验结果吻合良好,证明计算模型的可靠性,也表明稳态磁场能够抑制熔池流动,对移动熔池的传热传质产生影响,最终改变激光熔覆涂层中的元素分布。     

K418合金表面激光再制造Inconel718高温合金涂层性能研究

针对K418高温合金叶轮高温、高转数工况下形变超差大,再制造成形层力学性能降低的领域研究热点,基于波形可调制脉冲激光优化工艺,再制造Inconel718高温合金成形层。采用金相显微镜、SEM、XRD、EDS、显微硬度计对该合金涂层的显微组织形貌、相结构、界面成分分布、基本力学性能进行研究。结果表明:涂层与基体间为致密的冶金结合,涂层中部为粗大的树枝晶,与激光扫描方面成30o^45o角,由涂层中部到顶部及底部,分别退化为等轴晶和胞状晶;成形层显微硬度为4100~4400 MPa,略高于基体;晶内及晶间析出少量Laves相,减少了对成形层硬脆性的影响;摩擦磨损系数较基体略有降低,但仍符合再制造要求。     

激光熔覆制备高熵合金涂层研究进展

激光熔覆具有加热和冷却速度快、稀释度低(<5％)、热影响区小以及可以对表面性质进行精准调整等优点,是当今工业应用较为广泛的表面改性技术之一.利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层,既能保证涂层具有简单的相结构和优异的性能,又可使涂层与基体之间获得良好的冶金结合.主要对激光熔覆制备高熵合金涂层的设计准则、性能及提高机理、凝固行为以及数值模拟的研究进行阐述.首先从设计理论方面对高熵合金进行概念阐述,由熵和吉布斯自由能可知,通过增加主元(至少5个)和位形熵来设计元素组成,通过吉布斯自由能控制相的稳定性.其次,对涂层的性能提高机理分类总结,其中高熵合金的四大效应与激光熔覆快冷快热的特点相结合是涂层性能提高的主要原因.此外,还阐述了激光熔覆过程中熔池的凝固行为,包括凝固过程中的晶粒生长方式和液相分离现象,以及其他因素引起的凝固行为变化.之后,对粉末流动特性、熔池温度场和熔覆层性能的数值模拟以及这些模型的缺陷进行综述与分析.最后,总结与展望激光熔覆制备高熵合金涂层研究的发展前景与应用方向.     

激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能研究进展

利用激光熔覆技术制备的高熵合金涂层已成为一种新兴的绿色清洁耐腐蚀涂层.为了最大程度发挥高熵合金涂层的耐腐蚀防护性能,需要探究激光熔覆高熵合金涂层耐腐蚀性能的影响因素及影响机理.首先阐述了高熵合金理论以及利用激光熔覆技术制备高熵合金涂层的优势,总结了高熵合金激光熔覆涂层优异耐腐蚀特性及耐腐蚀强化机理.重点综述了高熵合金元素组成、激光熔覆工艺参数、涂层后处理工艺以及服役温度4个因素,对高熵合金激光熔覆涂层耐腐蚀性能的影响规律与影响机理.高熵合金中适当添加Ni、Al、Ti等元素,在一定程度上可以提高涂层的耐腐蚀性,但是随着元素含量的进一步增加,由于高熵合金涂层的物相组成改变、晶格畸变严重、元素偏析加剧,可能导致涂层的耐腐蚀性能降低.适宜的激光加工参数可以使涂层具有较好的耐腐蚀性,原因在于涂层的缺陷较少、组织细密均匀.退火、激光重熔、超声冲击处理等涂层后处理工艺,通过改变高熵合金涂层的物相组成以及微观组织特征,来提高其耐腐蚀性.激光熔覆高熵合金涂层的服役环境温度越高,则腐蚀速率越快.最后,对激光熔覆高熵合金涂层的耐腐蚀性能强化方法进行了总结与展望.     

激光熔覆铁基合金涂层的研究进展

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性技术,具有加工效率高、涂层稀释率低且与基体结合强度高、自动化程度高、环境友好等优点。在各类熔覆材料中,铁基合金在成分上与钢铁材料最为接近,且其成本相对较低,近年来在设备零部件表面强化和再制造领域得到广泛应用。结合国内外最新相关研究成果,从材料体系、工艺参数、外场辅助技术等方面对激光熔覆铁基合金涂层的研究进展进行了综述。总结了熔覆材料的选材依据以及铁基自熔性合金粉末、不锈钢粉末、铁基非晶合金粉末、铁基复合粉末等各类材料的特点和应用。系统讨论了激光功率、扫描速度、光斑直径、送粉速率等工艺参数对铁基涂层成形质量和微观组织及性能的影响机制,并介绍了工艺参数优化在高质量熔覆层制备中的应用。同时,论述了超声振动、电磁场、温度场等外场辅助技术在激光熔覆铁基合金涂层中的应用,阐明了外加能场对激光熔覆过程中熔池及凝固组织的作用机理。最后对激光熔覆铁基合金涂层未来的发展方向进行了展望。     

Mechanical and tribological behaviors of graphene/Inconel 718 composites

Graphene/Inconel 718 composites were innovatively synthesized through selective laser melting, and the mechanical and tribological performances of the grapheme-reinforced Inconel 718 matrix composites were evaluated. The composite microstructures were characterized by XRD, SEM and Raman spectroscopy. The results show that selective laser melting is a viable method to fabricate Inconel 718 matrix composite and the addition of graphene nanoplatelets leads to a significant strengthening of Inconel 718 alloy, as well as the improvement of tribological performance. The yield strength and ultimate tensile strength of 1.0% graphene/Inconel 718 composites (mass fraction) are 42% and 53% higher than those of pure material, and the friction coefficient and wear rate are 22.4% and 66.8% lower than those of pure material. The decrease of fraction coefficient and wear rate is attributed to the improved hardness of composites and the formation of graphene nanoplatelet protective layer on the worn surfaces.     

Laser Surface Cladding of Plastic-Molded Steel 718H by CoCrMo Alloy

With the purpose of enhancing the surface properties of plastic-molded steel 718H, in this study, a wear-resistant CoMoCr alloy cladding layer was obtained using laser surface cladding technology. Laser surface cladding was carried out by melting the CoMoCr alloy powder (particle size 15-45???m) supplied through a pneumatically driven powder delivery system with a 5-kW continuous wave (CW) CO₂ laser with the wavelength 10.6???m. The microstructure, chemical composition, and wear resistance of the cladding coating were revealed by optical microscope (OM), scanning electron microscope(SEM), energy-dispersive x-ray analysis (EDX) and sliding wear machine. The microstructure of the cladding layer was found to consist of three zones: a top cladding zone mainly comprising CoMoCr; an internal zone comprising a cellular microstructure; and the interface zone which was a mixture of CoMoCr and 718H substrate. Compared to the 718H steel substrate with a microhardness of 345?Hv, the microhardness of the cladding coating showed a significant improvement, with its value increasing to 794?Hv. The wear results confirmed that the wear resistance was enhanced after laser cladding CoMoCr alloy powder.     

Phase transformation and liquid density redistribution during solidification of Ni-based superalloy Inconel 718

The influences of chemical segregation and phase transformation on liquid density variation during solidification of Ni-based supperalloy Inconel 718 were investigated using SEM and EDS.It was found th...     

高致密度激光选区熔化Inconel 718合金中的微小孔隙缺陷和拉伸性能

本文采用激光选区熔化技术制备了高致密度Inconel 718合金试样，研究了工艺参数（激光功率，扫描速度）对合金试样致密度的影响规律，分析了孔隙缺陷的形成原因，对比研究了微小孔隙缺陷存在条件下的拉伸性能变化，并比较了热处理对不同致密度合金力学性能影响。实验结果表明：工艺参数的改变决定了激光与粉末相互作用的模式，在较高激光功率、低扫描速度条件下发生了“匙孔”模式，气孔较多，致密度降低；当功率减小或者扫描速度增大会由“匙孔”模式向“热传导”模式转变，气孔较少，致密度会升高；但是当激光功率过小或者扫描速度过大时产生未熔合孔隙缺陷，使得材料的致密度出现大幅度减小的现象。拉伸测试结果表明，激光选区熔化成形Inconel 718合金的强度并不会随着致密度的增大呈严格单调增大的变化趋势，微小孔隙缺陷的形貌、数量和尺寸也会对拉伸性能产生影响。SIDA热处理可以大幅提高激光选区熔化成形Inconel 718合金的显微硬度及抗拉强度，但塑性呈显著降低。     

多元合金激光增材制造凝固组织演变模拟

针对多元合金激光熔覆过程,基于有限元方法和元胞自动机技术建立了多元合金激光熔覆熔池三维传热传质及凝固组织形貌演变模型,通过自行开发的宏微观耦合接口程序实现了三维熔池模型和多元合金凝固组织演变模型的耦合. 针对IN718激光熔覆过程中的传热传质和凝固组织演变过程进行了模拟,研究了基板初始晶粒尺寸、异质形核及多层熔覆扫描路径对熔覆层凝固组织形貌的影响机理,并对模拟结果进行了试验验证. 结果表明,模拟结果与实际物理过程吻合较好,所开发的耦合模型能够真实反映多元合金激光熔覆过程.