热处理对四代核电用镍基合金薄壁管组织与性能的影响

利用热力学计算软件JMatPro分析了钍基熔盐堆用Ni-Cr-Mo系高温合金GH3535相析出的热力学及动力学特征,研究了不同热处理制度对冷轧态GH3535合金无缝管的晶粒尺寸及其均匀性、碳化物析出特征、硬度、拉伸性能等的影响规律,观察了不同热处理制度下合金拉伸断口的微观形貌,分析了GH3535合金的拉伸断裂机制.结果表明:在900~1500℃之间,GH3535合金的平衡析出相为富Mo的M6 C型碳化物,M6 C相在固液两相区时便已经开始形成,M6 C相析出所对应的鼻尖温度为1200℃;固溶温度低于1200℃时,合金晶粒尺寸缓慢长大,当固溶温度提高到1230℃,晶粒出现快速长大,平均晶粒尺寸达到160μm;1180℃保温10 min,合金晶粒尺寸的均匀性较好.随着固溶温度升高,合金强度降低、延伸率增加,GH3535合金的拉伸断裂机制为微孔聚集型.     

涂层烧结及热处理工艺对GH2O2合金组织性能的影响

研究了涂层烧结及热处理工艺对GH202合金基材组织性能的影响．运用电子拉伸机、扫描电镜及光学显微镜,测定了拉伸试样的力学性能,并分析了试样的显微组织和拉伸断口．试验结果表明,GH202合金在1150℃固溶处理5h后,合金表面进行高温涂层与烧结,在850℃时效6h出炉空冷,合金基体晶粒细小,均匀;强化相γ弥散分布;合金强度提高,塑性改善,拉伸断口为韧性断裂．     

涂层烧结及热处理工艺对GH202合金组织性能的影响

研究了涂层烧结及热处理工艺对GH2 0 2合金基材组织性能的影响 .运用电子拉伸机、扫描电镜及光学显微镜 ,测定了拉伸试样的力学性能 ,并分析了试样的显微组织和拉伸断口 .试验结果表明 ,GH2 0 2合金在 115 0℃固溶处理 5h后 ,合金表面进行高温涂层与烧结 ,在 85 0℃时效 6h出炉空冷 ,合金基体晶粒细小 ,均匀 ;强化相γ'弥散分布 ;合金强度提高 ,塑性改善 ,拉伸断口为韧性断裂 .     

亚固溶温度热处理对 GH720Li 难变形高温合金γ相的影响

对难变形镍基高温合金 GH720Li 进行了亚固溶处理、亚固溶+单时效(650℃,24 h→空冷)或双时效处理(650℃,24 h→空冷+760℃,16 h→空冷)以及870℃时效3000 h 条件下γ相演变规律的研究。发现一次γ相受亚固溶处理影响较大,发生部分回溶的程度随固溶温度升高而增大,时效处理使一次γ相向球形或近球形转变;二次和三次γ相在亚固溶保温过程中完全回溶,在时效处理时补充析出明显且析出数量和区域随固溶温度升高而增大;870℃长期时效时,合金组织逐渐均匀,二次和三次γ相完全回溶,晶界一次γ相时效500 h 后有所粗化,合金硬度先降低而后保持不变。     

逐步固溶处理对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金组织和局部腐蚀性能的影响

针对目前Al-Zn-Mg-Cu系铝合金热处理工艺中存在的不足,提出先低温保温后高温固溶的逐步固溶热处理工艺;通过金相显微镜和扫描电镜(SEM)分析以及硬度、电导率测试,应力腐蚀、晶间腐蚀和剥落腐蚀性能测试,研究逐步固溶处理对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金锻件的再结晶及局部腐蚀行为的影响。研究结果表明:与常规固溶相比,通过逐步固溶处理明显减少了合金再结晶体积分数;同时,通过逐步固溶处理可使Al-Zn-Mg-Cu合金晶间腐蚀、剥落腐蚀和抗应力腐蚀性能得到明显提高,且合金的硬度也有所提高。     

亚固溶温度热处理对GH720Li难变形高温合金γ′相的影响

对难变形镍基高温合金GH720Li进行了亚固溶处理、亚固溶+单时效(650℃,24 h→空冷)或双时效处理(650℃,24 h→空冷+760℃,16 h→空冷)以及870℃时效3000 h条件下γ′相演变规律的研究.发现一次γ′相受亚固溶处理影响较大,发生部分回溶的程度随固溶温度升高而增大,时效处理使一次γ′相向球形或近球形转变;二次和三次γ′相在亚固溶保温过程中完全回溶,在时效处理时补充析出明显且析出数量和区域随固溶温度升高而增大;870℃长期时效时,合金组织逐渐均匀,二次和三次γ′相完全回溶,晶界一次γ′相时效500 h后有所粗化,合金硬度先降低而后保持不变.     

热处理对10Cr-15Co-Ni基高温合金组织和性能的影响

10Cr-15Co-Ni基高温合金以W、Mo、Al、Ti及微量Mg、B等进行强化,相当于苏联某牌号Ni基合金,使用温度为900～950℃。从苏联这种合金的实物叶片解剖情况来看,此合金的使用状态是晶内有大小两种γ′相,晶界为锯齿状,晶内与晶界强化得到了良好配合。但是,用苏联5·1797-73标准给出的此合金热处理工艺,处理后为平直晶界。因此,热处理工艺的研究,是这种合金涡轮叶片试制的重要课题之一。我们全面的研究了固溶处理后缓冷、γ′相回溶再析出、固溶处理后等温等热处理工艺对此合金组织和性能的影响。在确切掌握弯晶形成规律的基础上,得出固溶处理后在1070℃等温处理的效果最好,晶内与晶界状态相似于苏联的实物叶片,机械性能也达到了实物叶片的水平。这种合金的晶界碳化物以M_6C为主,对弯曲晶界形成起主要作用。热处理过程中,使M_6C以较慢速率在晶界形核,并以较快速度长成粗大颗粒,即可获得弯曲晶界。在晶内充分强化的基础上,使晶界锯齿化,可以有效地提高合金的高温持久强度和塑性。上述最佳等温工艺可以使晶内和晶界强化得到较好的配合,这一工艺经几个批次试验的效果稳定,在实际生产上切实可行。     

WP—13发动机用GH220镍基变形高温合金棒材的研制

GH220合金系仿苏—220合金,1980年由冶金工业部军工办和航空工业部科技局组织有关单位成立联合课题组进行攻关。 GH220合金在现今镍基变形高温合金中属于最高水平的合金之一,合金化程度高,强化相数量大,加工变形比较困难,相变规律复杂,又需采用特种弯曲晶界热处理工艺。该合金主要用作航空发动机涡轮叶片材料,短时工作温度达900～950℃,长时工作温度870～900°是国家急需的一个重要高温合金材料。研制中几乎没有任何工艺资料可以借鉴,研制工作有相当难度。     

一种单晶高温合金中g?相的析出行为

研究了固溶冷却速度和时效时间对一种镍基单晶高温合金中γ′相的析出的影响。合金经1 250℃固溶处理4 h,从炉中快速取出,分别进行空冷、油冷和水冷,以考察冷却速度对γ′相析出的影响。随后对固溶处理后试样进行时效处理,以考察时效时间和固溶冷却速度对γ′相长大的影响。结果表明,合金在固溶处理后,γ′相尺寸随固溶冷却速率的升高而下降。在时效处理时,γ′相尺寸的增大率随固溶冷却速度的增大而减小;随着时效时间的增加,γ′相的尺寸增加。     

Ni-19Fe-2Cr-9Mo合金低塑性区的初步研究

多数镍基高温合金存在低塑性区,其温度范围为600～800℃,正处在材料使用温度范围内。它的存在影响了合金的使用,同时也限制了固溶强化和沉淀强化的热强化处理。因此研究镍基合金低塑性的本质,对于改善镍基合金具有实际意义。我们选择了典型的固溶强化镍基高温合金Hastalloy—x,对它的低塑性的本质进行了初步研究。     

合金元素对GH220合金弯曲晶界的影响

本文对GH220合金弯晶形成机制以及加入W、Mo、C、Ce(微量)等元素的作用进行了初步探讨。试验结果表明:对于GH220合金,慢速缓冷时形成弯晶为γ′机制;快速冷却和采用等温工艺时为碳化物机制。并摸索到上述各元素最佳含量范围,对生产有一定参考价值。     

铜锡合金热弹马氏体金相形貌研究

本文研究了Cu——Sn合金系列热弹马氏体的金相组织形貌,并研究了不同配比成分及不同热处理工艺参数对马氏体形貌和热弹效应的影响。提出了两类不同马氏体β′与γ′按成分的区域划分并非固定不变的,随着冷却速度加大,区域将左移。     

GH105合金铸锭元素偏析和均匀化工艺

利用微观组织分析手段研究了GH105合金铸锭和均匀化后合金的显微组织和元素偏析情况,并从理论上对均匀化工艺进行了评价.结果表明:合金中偏析程度严重的元素为Ti和Mo;采用两段式扩散退火的均匀化工艺,可有效降低元素偏析程度;均匀化扩散动力学方程的计算结果与实验结果基本符合,在预测和评价GH105合金均匀化工艺上是可行的,但残余偏析指数模型表征均匀化过程存在一定误差.     

高温合金GH4169与GH4202在富氧气氛中的燃烧行为

采用富氧燃烧实验方法,通过光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等手段对GH4169和GH4202高温合金燃烧试样进行分析,建立合金燃烧质量、热量和氧传输模型,探究两种合金的富氧燃烧机理并提出提高新型高温合金抗燃烧性能的措施。结果表明：GH4202与GH4169合金在富氧条件下均发生燃烧,GH4202抗燃烧性能优于GH4169；两种合金以液相进行燃烧,在合金燃烧前沿存在由未完全燃烧的金属颗粒和氧化物组成“燃烧层”,燃烧层中合金元素的燃烧行为是决定合金整体燃烧的关键性因素；合金元素在燃烧前沿呈现“选择性燃烧”规律,Nb、Ti、Al、Cr等元素易于与氧发生燃烧,Ni滞后燃烧且燃烧热低,起到良好的抗燃烧作用。     

700℃以上超超临界电站锅炉过热器管材用典型镍基合金的平衡析出相规律

利用热力学计算软件Thermo--Calc及镍基合金数据库,计算了三种700℃以上超超临界电站用过热器管道材料Inconel740、Inconel617和GH2984合金的热力学平衡相图,并对比了三种材料主要析出相的析出行为.计算结果表明:三种合金主要的析出相包括γ、γ'、碳化物、σ、η、δ、μ及α--Cr等,凝固过程中Mo、Nb和Ti元素偏析严重,会降低合金的初熔点,因此后期均匀化退火处理十分重要.另一方面,750℃时Inconel740合金γ'相析出量大于另外两种合金,并且Al和Ti含量对γ'相和η相析出行为有较大影响.碳化物的计算表明,Inconel617合金一次碳化物与另两种合金不同,并且其二次碳化物的析出温度范围最大.GH2984合金中Fe含量较大时会导致σ相出现,对合金的性能产生不利影响.     

GH4169合金惯性摩擦焊接头的高温持久性能

通过显微硬度、SME和TME对直接时效态和固溶态的GH4169高温合金惯性摩擦焊接头焊态和焊后时效态的高温持久性能进行了分析。结果表明，对于上述两种合金在焊态下焊接接头的显微硬度出现明显的软化现象，经焊后时效处理，焊接接头的显微硬度分布较为均匀，并以焊合区的显微硬度最高。高温持久实验表明，经焊后时效处理的上述两种合金都呈现出典型的韧性断裂，并以直接时效态的ZSGH4169高温合金焊后＋时效惯性摩擦焊接头的高温持久性能量佳，并高于直接时效态的母材。     

高铌高磷GH4169 C和GH4169合金的组织稳定性

为研究高铌高磷GH4169C高温合金在高温长期时效过程中的组织稳定性,通过场发射扫描电镜和数显布氏硬度计对GH4169和GH4169C两合金分别经600、650、704及720℃时效30~10000 h的显微组织和硬度变化进行对比分析。结果表明：在服役温度(650℃)范围内长期时效,GH4169合金和GH4169C合金均表现优异的稳定性;在服役温度以上长期时效, GH4169合金和GH4169C合金稳定性较差,短时间内,合金组织就出现失稳。对比而言,704℃时GH4169C合金组织稳定性较GH4169合金高,而720℃时GH4169C合金组织稳定性劣于GH4169合金。分析认为,GH4169C合金由于提高Nb含量和P含量使的γ＇相稳定性增加,得以在服役温度以上(704℃)表现比GH4169合金更为优异的组织稳定性,但Nb含量的提高也引起啄相含量的增加,导致组织稳定性下降。在超高温(720℃)下,GH4169C 合金稳定性劣于 GH4169合金。由此推知,相比GH4169合金,改型GH4169C合金在使用温度上有所提高,但提高有限,在超高温下,其稳定性反而降低。     

含损伤复合材料夹层板的热—机械力耦合屈曲性态

基于板的一阶剪切理论和Zig-Zag变形模型,采用有限元分析方法,研究了在热-机械力耦合作用下,含损伤复合材料夹层板的线性和非线性屈曲问题,在分析中考虑了材料热和机械性质随温度变化的特征以及表板与芯体间的界面桥联影响,并通过对典型算例的分析和讨论,说明了桥联刚度和热-机械力耦合效应对含损伤复合材料夹层板结构的屈曲性态的影响是十分显著的。     

履带板用M-B复相耐磨钢金相组织对机械性能的影响

针对传统上高锰钢作为履带板材料在实际应用中的不足 ,研究了一种新型的铸造 M- B低合金高强度耐磨钢 .试验结果表明 ,该钢经过合理的合金设计和适当的处理工艺 ,可获得不同含量的 M-B复相组织 ,从而具有高强度、较高的硬度和韧性、良好的综合性能 ;同时由于合金中加入了镍 ,改善了钢的低温脆性 ,有利于高寒地区的冬季作业 .     

Computational diffusion kinetics and its applications in study and design of rare metallic materials

Computational diffusion kinetics(CDK),with a spirit of and being coupled with the computational thermodynamics(CT,or called as the CALPHAD technique),plays increasingly important role in the alloy design/optimization and microstructure control during the processing of advanced metallic materials.This paper is to highlight recent progress of CDK in research with great focus on novel Ti and Zr alloys,which was largely performed in the authors’group.It ends with one representative example of the applications of CDK,coupled with CT,quantitative phase field,and three-dimensional(3D)statistical calculation,in designing the heattreatment schedule for the dual phase(αβ)Ti–6Al–4V alloys.