無錫國勁合金產品廣泛應用于海水淡化、核電、石油化工、船舶、汽輪機發(fā)電、壓力容器、熱交換器、*空調、家用電器及鐵路、城軌交通等領域。并參與制訂了核電、真空電子磁控管、壓力表用管材的國家標準

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構分析結果表明:復合粉末經激光熔覆,熔覆金屬與基體宏觀形貌反映結合狀況,界面結合處是良好的冶金結合,結合區(qū)無明顯氣孔、裂紋。多層多道合金的組織主要由胞狀晶及硬質項彌散分布。EDS和XRD物相分析得到:金屬基體Cr4Ni15W的固溶體和具有硬質特點的WC顆粒彌散分布。熔覆層組織中WC顆粒相的面積分數約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硬性。顯微硬度測試表明:常溫下,Ni60+45%WC復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的裝置實現(xiàn)*使用要求。
Incoloy825鋼板鍛件在熔覆試樣的基礎上經相關工藝的調整,在6〞球體球面實現(xiàn)多層大面積熔覆,覆層厚度達1-1.5mm以上,熔覆表面經磨削機工,表面質量經PT合格。球體與閥門組裝后進行高壓泵驗及高溫熱態(tài)試驗,證明球體熔覆層完好并實現(xiàn)密封功能。鎳基高溫合金GH4169因具有優(yōu)良的熱強性能,廣泛用于制造航空航天發(fā)動機的耐熱零件。該材料因具有硬度高、塑性變形大、導熱系數低等特性,在切削加工時存在*磨損嚴重、加工精度和表面質量難以保證等問題,如何降低*磨損、提高加工表面質量是解決其精密加工難題的關鍵。

鎳基高溫合金切削時,切削力和切削溫度直接影響*磨損和加工表面質量。因此本文利用有限元仿真軟件DEFORM建立了二維切削模型,對鎳基高溫合金切削過程進行了仿真研究,分析了加工參數及后刀面磨損量VB值對切削力和切削溫度的影響規(guī)律。進行了鎳基高溫合金PCBN*精密切削試驗,通過切削力的檢測結果和仿真結果的對比,對有限元仿真模型的有效性進行了驗證。進行了PCBN*精密切削鎳基高溫合金的*磨損試驗研究,采用SEM對*磨損區(qū)域的微觀形貌進行了檢測,并結合磨損形貌特征、切屑形態(tài)以及*磨損帶EDS能譜檢測結果,綜合分析了PCBN*精密切削鎳基高溫合金時的磨損機理;在對切屑形貌特征研究分析的基礎上,建立了切屑絕熱剪切效應對*切削刃的沖擊頻率模型;基于對后刀面磨損VB值檢測結果的極差分析,建立了后刀面磨損量VB值的數學預測模型。

試驗研究了工藝參數對表面粗糙度Ra的影響規(guī)律,建立了Ra的數學預測模型;進行了鎳基高溫合金加工表面殘余應力的仿真分析,研究了切削參數和*幾何參數對工件表面殘余應力的影響規(guī)律和影響程度;以*磨損VB值和表面粗糙度Ra為評價指標對工藝參數進行了優(yōu)選,在此基礎上,進行了不同冷卻潤滑條件下的鎳基高溫合金精密切削試驗,研究了不同冷卻潤滑方式和不同切削液對*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。
激光非晶化技術是用連續(xù)激光對待加工零部件表面進行均勻掃描,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,在材料表面改性領域具有十分巨大的潛在應用價值,目前受到國內外學者的廣泛重視,是表面工程技術領域研究的熱點之一。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合熔覆層,從而達到提高低碳鋼表面硬度,改善其耐磨性的目的。主要研究內容包括:激光熔覆參數對熔覆層宏觀成形及稀釋率、微觀組織、相結構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制;搭接熔覆層后道熔覆對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試與分析等。

研究結果表明: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合涂層。激光功率會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,當熱輸入為50.0J/mm時,非晶所占的比例可達80.9%。借助維氏顯微硬度儀、摩擦磨損試驗機等測試方式對熔覆層的硬度及耐磨性進行測試。
測試結果表明,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。摩擦磨損試驗結果表明,由于熔覆層的高硬度及增強相NbC的貢獻,熔覆層的耐磨性與基體相比有了很大提高,熔覆層摩擦系數值小且波動平緩,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,摩擦系數也呈減小趨勢,波動幅度也逐漸降低,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合熔覆層制備過程的溫度場分布,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。
結果表明,當熱輸入為50.0J/mm時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16086.5K/s,遠遠大于本文采用的鎳基非晶合金采用銅模快淬技術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。觀察分析了在熱輸入為50.0J/mm時激光熔覆熔覆層的組織分布,結果表明,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,胞狀晶和柱狀樹枝晶,隨后發(fā)生柱狀晶向等軸晶生長轉變,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到胞狀晶、柱狀樹枝晶及等軸晶。當冷卻速率(G?R)超過了制備非晶復合熔覆層的臨界冷卻速率時,實現(xiàn)了對熔體的“凍結”作用,在激光熔覆過程中獲得了非晶相。鎳基單晶高溫合金具有出色的耐熱性,廣泛用于長時間高溫環(huán)境中工作的航空發(fā)動機、工業(yè)燃氣輪機的渦輪葉片。
單晶高溫合金中晶界強化元素C的添加,使鎳基單晶高溫合金在凝固工藝、元素偏析以及相類別上具有良好力學性能。本文研究了不同C含量對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合金鑄態(tài)組織和熱處理后組織進行了觀察,用電子探針儀器對鑄態(tài)合金元素偏析行為進行了分析。分析了不同含量C對鎳基單晶高溫合金DD90凝固組織的影響。結果表明:隨著C含量的增加,一次枝晶間距逐漸增大,凝固范圍逐步擴大。

隨著C含量的增加,合金中碳化物數量逐漸增加。碳化物形貌從塊狀變?yōu)闈h字體狀,后連接成復雜的骨架狀。隨著C含量的增加,γ/γ′共晶體積分數減少,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光學顯微鏡觀察,EDS分析和TG-DSC分析,對比研究了不同C含量的DD90鎳基單晶高溫合金鑄態(tài)下的枝晶組織、碳化物的化學成分以及凝固溫度區(qū)間。
研究結果表明,Al和Ta元素偏的析模型與分析結果有高度一致性。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。經過熱處理之后γ′相更加趨于規(guī)則的四方形。γ′相和γ相界面更加光滑,相界面過渡處更加平滑。可以推斷,在熱處理的過程中兩相界面處進行了相互的轉化,γ′相粗大化。應力腐蝕開裂(SCC)是核電一回路安全端異種金屬焊接接頭在服役過程中的一種重要失效形式,而SCC擴展是裂尖微觀力學和電化學反應交互作用下的氧化膜破裂與再生成過程。
近年來的研究顯示,裂尖高應力區(qū)的蠕變對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)高應力條件下裂尖蠕變特性及其對SCC擴展速率的影響,本文借助ABAQUS有限元分析軟件,詳細分析了焊接接頭SCC裂紋高應力蠕變前后的裂尖力學場。主要完成的工作有:(1)以常用的核電焊接材料鎳基182合金為研究對象,借助ABAQUS有限元軟件及其重啟動功能,對低溫高應力條件下裂尖蠕變過程進行分析,得到了裂尖微觀力學場及相關力學參量隨蠕變時間推進的變化規(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化模型為研究對象,考慮材料力學性能不均勻性的影響,建立了焊接接頭的裂尖數值模擬分析模型,對蠕變前后裂尖力學場的分布變化規(guī)律和蠕變情況進行分析;并對裂紋分別萌生于焊材區(qū)和熱影響區(qū)時的裂尖力學場進行研究,得到初始裂紋位置對裂尖應力應變等參量的影響規(guī)律。(3)基于修正的氧化膜破裂預測模型(FA模型),對低溫高應力蠕變主導下的應力腐蝕裂紋蠕變率及SCC裂紋擴展速率進行計算,得到了焊接接頭材料力學性能不均勻性對SCC裂紋擴展速率的影響規(guī)律。