無(wú)錫國(guó)勁合金產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于海水淡化、核電、石油化工、船舶、汽輪機(jī)發(fā)電、壓力容器、熱交換器、*空調(diào)、家用電器及鐵路、城軌交通等領(lǐng)域。并參與制訂了核電、真空電子磁控管、壓力表用管材的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

銅鎳合金合金：Monel400,Cu90-Ni10、B10、C70600、BFe10-1-1、CuNi90-10、Cu70-Ni30、B30、C71500Inconel合金：Inconel625、Inconel625LCF、Inconel690、Inconel600、Inconel601,Inconel617、Inconel686、Inconel718、Inconel718Incoloy合金：Incoloy800、Incoloy 800H、Incoloy800HT、Incoloy801、Incoloy825、Incoloy903、Incoloy907、Incoloy925、Incoloy926Hastelloy合金：HastelloyB、HastelloyB-2、HastelloyB-3、HastelloyC、HastelloyC-4、HastelloyC-22、HastelloyC-276、Hastelloy C-2000

Incoloy825鋼板鍛件激光熔覆層組織顯微結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明:復(fù)合粉末經(jīng)激光熔覆,熔覆金屬與基體宏觀形貌反映結(jié)合狀況,界面結(jié)合處是良好的冶金結(jié)合,結(jié)合區(qū)無(wú)明顯氣孔、裂紋。多層多道合金的組織主要由胞狀晶及硬質(zhì)項(xiàng)彌散分布。EDS和XRD物相分析得到:金屬基體Cr4Ni15W的固溶體和具有硬質(zhì)特點(diǎn)的WC顆粒彌散分布。熔覆層組織中WC顆粒相的面積分?jǐn)?shù)約43%。大量彌散分布的球狀WC顆粒保證了涂層組織具有較高的強(qiáng)硬性。顯微硬度測(cè)試表明:常溫下,Ni60+45%WC復(fù)合粉末激光熔覆層多層熔覆后的平均顯微硬度為63-64HRC,可以滿足煤化工特定工況及帶有顆粒介質(zhì)的裝置實(shí)現(xiàn)*使用要求。
Incoloy825鋼板鍛件在熔覆試樣的基礎(chǔ)上經(jīng)相關(guān)工藝的調(diào)整,在6〞球體球面實(shí)現(xiàn)多層大面積熔覆,覆層厚度達(dá)1-1.5mm以上,熔覆表面經(jīng)磨削機(jī)工,表面質(zhì)量經(jīng)PT合格。球體與閥門(mén)組裝后進(jìn)行高壓泵驗(yàn)及高溫?zé)釕B(tài)試驗(yàn),證明球體熔覆層完好并實(shí)現(xiàn)密封功能。鎳基高溫合金GH4169因具有優(yōu)良的熱強(qiáng)性能,廣泛用于制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱零件。該材料因具有硬度高、塑性變形大、導(dǎo)熱系數(shù)低等特性,在切削加工時(shí)存在*磨損嚴(yán)重、加工精度和表面質(zhì)量難以保證等問(wèn)題,如何降低*磨損、提高加工表面質(zhì)量是解決其精密加工難題的關(guān)鍵。

鎳基高溫合金切削時(shí),切削力和切削溫度直接影響*磨損和加工表面質(zhì)量。因此本文利用有限元仿真軟件DEFORM建立了二維切削模型,對(duì)鎳基高溫合金切削過(guò)程進(jìn)行了仿真研究,分析了加工參數(shù)及后刀面磨損量VB值對(duì)切削力和切削溫度的影響規(guī)律。進(jìn)行了鎳基高溫合金PCBN*精密切削試驗(yàn),通過(guò)切削力的檢測(cè)結(jié)果和仿真結(jié)果的對(duì)比,對(duì)有限元仿真模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。進(jìn)行了PCBN*精密切削鎳基高溫合金的*磨損試驗(yàn)研究,采用SEM對(duì)*磨損區(qū)域的微觀形貌進(jìn)行了檢測(cè),并結(jié)合磨損形貌特征、切屑形態(tài)以及*磨損帶EDS能譜檢測(cè)結(jié)果,綜合分析了PCBN*精密切削鎳基高溫合金時(shí)的磨損機(jī)理;在對(duì)切屑形貌特征研究分析的基礎(chǔ)上,建立了切屑絕熱剪切效應(yīng)對(duì)*切削刃的沖擊頻率模型;基于對(duì)后刀面磨損VB值檢測(cè)結(jié)果的極差分析,建立了后刀面磨損量VB值的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型。

試驗(yàn)研究了工藝參數(shù)對(duì)表面粗糙度Ra的影響規(guī)律,建立了Ra的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型;進(jìn)行了鎳基高溫合金加工表面殘余應(yīng)力的仿真分析,研究了切削參數(shù)和*幾何參數(shù)對(duì)工件表面殘余應(yīng)力的影響規(guī)律和影響程度;以*磨損VB值和表面粗糙度Ra為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了不同冷卻潤(rùn)滑條件下的鎳基高溫合金精密切削試驗(yàn),研究了不同冷卻潤(rùn)滑方式和不同切削液對(duì)*磨損和表面粗糙度的影響,為鎳基高溫合金精密切削工藝條件的優(yōu)選提供了依據(jù)。
激光非晶化技術(shù)是用連續(xù)激光對(duì)待加工零部件表面進(jìn)行均勻掃描,使零部件表面形成一定厚度的非晶組織,可大大提高其表面硬度、耐蝕及耐磨性能,在材料表面改性領(lǐng)域具有十分巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值,目前受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視,是表面工程技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文采用大功率光纖激光器同軸送粉熔覆的方式,一步法在低碳鋼表面獲得非晶復(fù)合熔覆層,從而達(dá)到提高低碳鋼表面硬度,改善其耐磨性的目的。主要研究?jī)?nèi)容包括:激光熔覆參數(shù)對(duì)熔覆層宏觀成形及稀釋率、微觀組織、相結(jié)構(gòu)及非晶體積含量的影響規(guī)律;熔覆層截面由表及里不同位置的組織形成機(jī)制;搭接熔覆層后道熔覆對(duì)前道熔覆層組織和性能的影響行為;熔覆層顯微硬度和耐磨性能的測(cè)試與分析等。

研究結(jié)果表明:采用一步激光熔覆法在低碳鋼表面成功制備了由非晶相、NbC相和少量枝晶相組成的非晶復(fù)合涂層。激光功率會(huì)影響熔覆層和基體之間的稀釋率,隨激光功率的增大,熔覆層的稀釋率逐漸增大,熔覆層中獲得非晶相體積含量逐漸較少。隨熱輸入的降低,熔覆層高度也隨之降低,涂層中非晶含量逐漸增加,當(dāng)熱輸入為50.0J/mm時(shí),非晶所占的比例可達(dá)80.9%。借助維氏顯微硬度儀、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等測(cè)試方式對(duì)熔覆層的硬度及耐磨性進(jìn)行測(cè)試。
測(cè)試結(jié)果表明,熔覆層的截面由表及里硬度值逐漸下降,熔覆層靠近頂部的硬度值高,并且隨著熱輸入的降低,熔覆層的平均顯微硬度逐漸增加。摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明,由于熔覆層的高硬度及增強(qiáng)相NbC的貢獻(xiàn),熔覆層的耐磨性與基體相比有了很大提高,熔覆層摩擦系數(shù)值小且波動(dòng)平緩,磨損量也低。隨著激光熔覆熱輸入降低,熔覆層磨損量逐漸降低,摩擦系數(shù)也呈減小趨勢(shì),波動(dòng)幅度也逐漸降低,熔覆層的磨痕形貌也得出了相似的規(guī)律。采用ANSYS有限元軟件,并利用其單元生死功能模擬了激光熔覆鎳基非晶復(fù)合熔覆層制備過(guò)程的溫度場(chǎng)分布,并獲得了不同激光熔覆熱輸入條件和熔覆層不同位置的熱循環(huán)曲線。
結(jié)果表明,當(dāng)熱輸入為50.0J/mm時(shí)熔覆層由表及里的峰值溫度逐漸降低,熔覆層表面溫度峰值為1578.53℃,另外,熔體冷卻速率也由表及里逐漸下降,其表層冷卻速率可達(dá)16086.5K/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本文采用的鎳基非晶合金采用銅模快淬技術(shù)所需的臨界冷卻速率。隨著激光熔覆熱輸入降低,熔覆層的峰值溫度也逐漸降低,其冷卻速率呈逐漸上升的趨勢(shì)。觀察分析了在熱輸入為50.0J/mm時(shí)激光熔覆熔覆層的組織分布,結(jié)果表明,從熔覆層與基體的界面到熔覆層的頂端,組織呈梯度分布。
在基體/熔覆層界面,生成了平面晶,胞狀晶和柱狀樹(shù)枝晶,隨后發(fā)生柱狀晶向等軸晶生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變,在熔覆層中部主要由非晶相、NbC顆粒相以及等軸晶相組成。由于受到溫度梯度(G)和凝固速率(R)的影響,隨著G/R比值的增加,熔覆層組織的凝固特征由平面生長(zhǎng)到胞狀晶、柱狀樹(shù)枝晶及等軸晶。當(dāng)冷卻速率(G?R)超過(guò)了制備非晶復(fù)合熔覆層的臨界冷卻速率時(shí),實(shí)現(xiàn)了對(duì)熔體的“凍結(jié)”作用,在激光熔覆過(guò)程中獲得了非晶相。鎳基單晶高溫合金具有出色的耐熱性,廣泛用于長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境中工作的航空發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片。
單晶高溫合金中晶界強(qiáng)化元素C的添加,使鎳基單晶高溫合金在凝固工藝、元素偏析以及相類(lèi)別上具有良好力學(xué)性能。本文研究了不同C含量對(duì)鎳基單晶高溫合金顯微組織和合金元素偏析的影響。用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡對(duì)合金鑄態(tài)組織和熱處理后組織進(jìn)行了觀察,用電子探針儀器對(duì)鑄態(tài)合金元素偏析行為進(jìn)行了分析。分析了不同含量C對(duì)鎳基單晶高溫合金DD90凝固組織的影響。結(jié)果表明:隨著C含量的增加,一次枝晶間距逐漸增大,凝固范圍逐步擴(kuò)大。

隨著C含量的增加,合金中碳化物數(shù)量逐漸增加。碳化物形貌從塊狀變?yōu)闈h字體狀,后連接成復(fù)雜的骨架狀。隨著C含量的增加,γ/γ′共晶體積分?jǐn)?shù)減少,粗大的初生相γ′減少。C的添加增大了Al的偏析,減弱了Re、Mo、W的偏析。通過(guò)夏爾公式研究了枝晶間合金元素的凝固路徑,偏析程度以及凝固溫度區(qū)間。鎳基單晶高溫試樣通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察,EDS分析和TG-DSC分析,對(duì)比研究了不同C含量的DD90鎳基單晶高溫合金鑄態(tài)下的枝晶組織、碳化物的化學(xué)成分以及凝固溫度區(qū)間。
研究結(jié)果表明,Al和Ta元素偏的析模型與分析結(jié)果有高度一致性。隨著C含量的增加,液相線和固相線溫度降低,凝固溫度區(qū)間變大。Al、Mo、Ta元素偏析隨著C元素的增加變得更加劇烈。經(jīng)過(guò)熱處理之后γ′相更加趨于規(guī)則的四方形。γ′相和γ相界面更加光滑,相界面過(guò)渡處更加平滑。可以推斷,在熱處理的過(guò)程中兩相界面處進(jìn)行了相互的轉(zhuǎn)化,γ′相粗大化。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)是核電一回路安全端異種金屬焊接接頭在服役過(guò)程中的一種重要失效形式,而SCC擴(kuò)展是裂尖微觀力學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)交互作用下的氧化膜破裂與再生成過(guò)程。
近年來(lái)的研究顯示,裂尖高應(yīng)力區(qū)的蠕變對(duì)SCC裂尖氧化膜的破裂有一定的影響。為了了解焊接接頭區(qū)高應(yīng)力條件下裂尖蠕變特性及其對(duì)SCC擴(kuò)展速率的影響,本文借助ABAQUS有限元分析軟件,詳細(xì)分析了焊接接頭SCC裂紋高應(yīng)力蠕變前后的裂尖力學(xué)場(chǎng)。主要完成的工作有:(1)以常用的核電焊接材料鎳基182合金為研究對(duì)象,借助ABAQUS有限元軟件及其重啟動(dòng)功能,對(duì)低溫高應(yīng)力條件下裂尖蠕變過(guò)程進(jìn)行分析,得到了裂尖微觀力學(xué)場(chǎng)及相關(guān)力學(xué)參量隨蠕變時(shí)間推進(jìn)的變化規(guī)律。
(2)以鎳基182合金-熱影響區(qū)-316L不銹鋼的異種金屬焊接接頭的簡(jiǎn)化模型為研究對(duì)象,考慮材料力學(xué)性能不均勻性的影響,建立了焊接接頭的裂尖數(shù)值模擬分析模型,對(duì)蠕變前后裂尖力學(xué)場(chǎng)的分布變化規(guī)律和蠕變情況進(jìn)行分析;并對(duì)裂紋分別萌生于焊材區(qū)和熱影響區(qū)時(shí)的裂尖力學(xué)場(chǎng)進(jìn)行研究,得到初始裂紋位置對(duì)裂尖應(yīng)力應(yīng)變等參量的影響規(guī)律。(3)基于修正的氧化膜破裂預(yù)測(cè)模型(FA模型),對(duì)低溫高應(yīng)力蠕變主導(dǎo)下的應(yīng)力腐蝕裂紋蠕變率及SCC裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行計(jì)算,得到了焊接接頭材料力學(xué)性能不均勻性對(duì)SCC裂紋擴(kuò)展速率的影響規(guī)律。