一种核电用镍基合金焊丝熔敷金属的组织与性能

通过采用JMatPro软件,OM,SEM,TEM等手段分析了试制镍基合金焊丝GTAW熔敷金属的组织与力学性能. 结果表明:试验焊丝熔敷金属金相组织主要由柱状树枝晶γ相(NiCrFe固溶体)、枝晶间富Mo和Nb的偏析γ相以及枝晶间分布的(Nb,Ti)C碳化物、(Ni,Cr,Fe)₂(Nb,Mo)型Laves相、MoCrFe型σ相等组成. Mo,Nb等元素在组织中存在偏析现象,相比于焊丝化学成分,熔敷金属中枝晶干γ相Fe含量较高,Mo,Nb含量较低,而枝晶间Mo,Nb含量较高、Fe含量较低. 熔敷金属室温、350 ℃高温抗拉及屈服强度较高、塑性较好,室温拉伸断口形貌以沿晶分布的韧窝为主,在韧窝底部存在密集的析出相.     

镍基合金焊丝GTAW熔敷金属凝固偏析行为

采用OM,SEM,EDS,EPMA等分析手段对试制的镍基合金焊丝GTAW熔敷金属开展了凝固偏析行为研究.结果表明,熔敷金属中主要包括γ相、（Nb,Ti） C碳化物、Laves相等,金相组织主要为柱状晶,在枝晶间存在宽度约为5~10 μm的偏析区域;按照Scheil公式对EPMA分析结果进行了偏析系数计算,估算的Nb,Mo,Ni,Cr,Fe偏析系数分别为k_Nb=0.23,k_Mo=0.68,k_Ni=1.07,k_Cr=1.05,k_Fe=1.23,在结晶过程中Nb,Mo更倾向于分配在残余液相,Nb的偏析倾向最大,Mo次之,Fe更倾向于分配在固相中,Ni,Cr基本为固液平均分配.文中试验用镍基合金焊丝GTAW熔敷金属凝固结晶路径为L→L+γ→L+γ+MC→L+γ+MC+Laves相→γ+MC+Laves相.     

高铬镍基合金熔敷金属的组织和性能

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等分析手段研究了一种高铬镍基合金焊丝熔敷金属的显微组织和力学性能。结果表明:试验用焊丝熔敷金属显微组织具有明显的柱状枝晶形态;在凝固过程中,除Cr元素外,Fe,Nb,Mo,Si等主要添加元素均表现出明显的偏析行为;γ基体上的析出物主要是TiC和γ/Laves共晶组织,其中TiC呈块状,分布较为均匀,而γ/Laves共晶组织呈层片状,主要分布于枝晶间区域。熔敷金属的强度较高,其冲击断口形貌为典型的韧窝状,在韧窝附近的γ/Laves共晶组织对熔敷金属的塑性和韧性有不良影响。     

重熔电流对ERNiCrFe-13镍基合金焊丝熔敷金属组织的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜及能谱仪(SEM,EDS)、JMatPro软件、Image-Pro Plus软件等手段研究了重熔电流对ERNiCrFe-13镍基合金焊丝熔敷金属不填丝重熔焊点组织的影响规律. 结果表明,随着重熔电流的增加,熔宽、熔深、二次枝晶臂间距(secondary dendrite arm spacing,SDAS)显著增加,符合关系λ₂ = 0.682 I 1/3,相关系数R2 = 0.95. 枝晶间γ/Laves共晶组织平均面积、最大面积尺寸随着重熔电流的增加而增大. 伴随着枝晶粗大,枝晶间偏析区域增大,共晶组织数量减少. 重熔电流对γ/Laves共晶组织的成分无显著影响. 随着重熔电流的增加,在γ/Laves共晶组织尺寸增大、应变加大的共同作用下焊点中结晶裂纹开裂加剧.     

核电用新型镍基合金焊丝熔敷金属组织研究

采用OM、SEM、EDS等方法针对试制的新型镍基合金焊丝GTAW熔敷金属开展组织、凝固偏析行为等研究,结果表明:1#、2#焊丝熔敷金属金相组织较为相似,主要为柱状晶,在枝晶间存在偏析区域,不同的是2#焊丝熔敷中未发现Laves相+γ共晶组织;Nb、Ta、Mo的初凝平衡分配系数小于1,在结晶过程中更倾向于分配在残余液相,Fe的初凝平衡分配系数大于1,倾向于分配在固相中,Ni、Cr基本为固液平均分配;2#焊丝中Ta加入对各元素的初凝平衡分配系数影响不明显,但对组织有显著影响,避免了低熔点Laves相+γ共晶组织的形成,减小了熔敷金属的结晶温度区间。     

一种镍基高温合金熔敷金属的组织及性能

通过热力学计算、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等分析了一种镍基高温合金熔敷金属的组织结构和力学性能.结果表明,试验用镍基高温合金熔敷金属的组织主要由柱状NiCr奥氏体以及在其亚晶间分布的少量γ'相、MC型碳化物和Laves相组成.熔敷金属组织结构完好,无裂纹、孔洞等缺陷,但多数合金元素存在偏析行为,其中元素Fe在亚晶粒中心含量较高,元素Mo,Nb,Al和Si在亚晶间含量较高,而元素Cr不存在偏析行为.熔敷金属具有良好的强度和韧性,在拉伸试验及冲击试验中其断裂形式均为塑性断裂,断口形貌为典型的韧窝状.     

国产核级ERNiCrFe-7A镍基合金焊丝熔敷金属的组织与性能

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验、弯曲试验、冲击试验和晶间腐蚀试验研究了国产核级ERNiCrFe-7A镍基合金焊丝熔敷金属的组织与性能。结果表明：焊丝具有良好的焊接工艺性,流动性和焊缝成形质量与进口同类产品的相当。熔敷金属微观组织为奥氏体和碳化物,晶界上主要是M₂₃C₆型碳化物,晶内主要是富含Nb的MC型碳化物。熔敷金属的宏观质量、力学性能、微观组织、耐晶间腐蚀性能等均符合第三代先进压水堆核电站的要求,裕量足,强韧性兼具,综合性能良好,与进口同类产品的相当,可替代进口同类产品。     

GH2132高温合金熔敷金属结晶裂纹敏感性

针对GH2132高温合金熔敷金属热裂纹敏感性问题,通过采用试制焊丝、熔敷金属焊接试验、组织及断口分析、凝固计算等手段对熔敷金属组织、凝固行为、开裂机制等进行了研究. 结果表明,试验熔敷金属金相组织主要由柱状树枝晶γ相(NiCrFe固溶体)、枝晶间富Ti的Laves相(Cr,Fe,Ni)₂ (Ti,Mo)、MC碳化物与共晶组织组成,凝固路径为L→L + γ→L + γ + MC→L + γ + MC + Laves→γ + MC + Laves,裂纹断口呈典型的鹅卵石共晶花样,整个断口形貌被呈自由表面的液膜所覆盖,属于发生在高温段的结晶裂纹. 结晶裂纹开裂机理为在凝固过程的终了阶段,发生了L→γ + Laves的低熔点共晶反应,在凝固收缩应力作用下,残余液相未及时补充而形成. Laves相的形成主要与凝固过程中Ti元素的偏析有关,理论计算结果表明,GH2132结晶裂纹指数(solidification cracking index, SCI)值为1944 ℃,(solidification temperature range, STR)为258 ℃,在结晶裂纹敏感性评价方面,相比STR,SCI指标能相对更为合理地实现结晶裂纹敏感性的量化评价,但仍存在考虑因素不全等问题.     

多晶硅制备关键设备用ENiCrMo-2焊条抗裂性

针对ENiCrMo-2镍基焊条采用焊条电弧焊方法焊接130 mm厚12Cr2Mo1R高强钢，通过拉伸试验、纵向弯曲试验及扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌，对熔敷金属的热裂纹敏感性进行探究，获得熔敷金属的裂纹敏感性指数，并利用组织形貌以及晶界析出物解释熔敷金属的抗裂性，通过SEM观察熔敷金属横纵向拉伸试验断口形貌。结果表明，在断口中绝大部分为韧窝，且韧窝大小均匀，未在断口中发现热裂纹；利用体式显微镜统计圆棒拉伸以及纵向弯曲表面裂纹长度，并通过计算得到焊缝金属的热裂纹敏感性分别为2.23×10^-3和6.08×10^-3 mm/mm²；借助JMatPro计算和熔敷金属显微组织表征得出熔敷金属裂纹敏感性较低的原因在于晶界形貌曲折，且在晶界上存在富钼碳化物钉扎晶界。     

核电用ERNiCrMo-3熔敷金属组织及力学性能研究

对采用钨极氩弧焊方法(GTAW)获得的ERNiCrMo-3焊丝熔敷金属进行微观组织表征及力学性能测试.结果表明,熔敷金属微观组织由粗大的柱状晶组成,不同柱状晶内分布树枝晶、等轴晶等亚晶,枝晶间析出Laves相、NbC/TiN和针状δ相;在熔敷金属厚度方向上,硬度从底部到顶部呈现逐渐减小的趋势.熔敷金属中多种析出相未对冲击及拉伸性能产生不利影响.     

Inconel 690带极电渣堆焊熔敷金属力学性能

针对核电用Inconel 690镍基合金的研究现状,对熔敷金属的力学性能展开研究。采用金相显微镜观察Inconel 690镍基合金带极电渣堆焊熔敷金属组织、采用扫描电镜对熔敷金属拉伸断口进行研究。结果表明,熔敷金属中有大量析出相,主要沿枝晶间分布;随着熔敷金属中Mn,Nb含量的增加,析出相的数量和尺寸增加,拉伸断口中高温低塑性裂纹减少,熔敷金属中晶界滑移受到析出相的钉扎,台阶和韧窝交错分布;熔敷金属Mn,Nb元素能够增加材料塑性储备,显著提升对高温低塑性裂纹(DDC)的抵抗作用。     

Nb对690镍基合金焊条熔敷金属组织与性能的影响

采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）观察以及相图计算、拉伸试验、硬度试验,分析了Nb对三组690镍基合金焊条熔敷金属组织与性能的影响。结果表明：熔敷金属中的Nb以碳化物MC（M=Nb, Ti）相的形式析出。随着Nb含量的增加,熔敷金属中奥氏体晶粒的长大受到抑制,晶粒变细,晶界面积增大;随着Nb含量的增加,熔敷金属中的MC析出相增加,M23C6（M=Cr, Fe）析出相减少,晶界变得更加曲折,高温低塑性裂纹敏感性降低;随着Nb含量的增加,熔敷金属的硬度值和塑性提高。     

GH742y合金凝固偏析行为

采用组织分析和差热分析相结合的方法系统研究GH742y合金的凝固偏析行为和铸态组织形成规律。GH742y合金枝晶偏析严重,组织析出复杂:Cr、Co、W、V和Al偏析于枝晶干,而Nb、Ti和Mo等元素在枝晶间的富集导致一次和二次γ′相、(γ γ′)共晶、MC碳化物、M6C碳化物、Laves相和δ相的析出;稀土元素La和Ce的偏析导致Ni5Ce相和富氧硫稀土相的枝晶间析出。相分计算表明,严重的元素偏析以及大量富Nb和Ti相的析出是σ相和μ相等有害TCP相析出的主要原因。GH742y合金的凝固顺序为:γ基体、MC碳化物、一次γ′相、(γ γ′)共晶、Laves相、Ni5Ce相和M6C碳化物。     

Inconel 617镍基合金电弧增材制造微观组织与力学性能

电弧增材制造技术基于分散累加原理,可实现镍基高温合金复杂结构快速无模加工,是一种广受关注的先进加工技术。该研究以高温耐蚀合金Inconel 617增材制造块体为研究对象,采用OM,SEM及万能拉伸试验机等手段分析了增材制造镍基合金块体微观组织及力学性能。研究结果表明,Mo元素在柱状枝晶间偏析,促使大尺寸的Laves相沿枝晶析出。在拉伸应力下,Laves相由于脆性较高,易发生断裂,诱发裂纹萌生。由于裂纹扩展路径在不同方向拉伸时存在显著差异,导致增材制造构件沿沉积方向强度（900 MPa）显著高于垂直沉积方向强度（700 MPa）。该研究为电弧增材制造镍基合金的组织性能调控奠定了一定基础,为进一步推动电弧增材制造镍基合金构件的应用进行了有益探索。     

Nb和N对SA-213TP310HCbN钢熔敷金属组织和力学性能的影响

采用自行研制的焊丝进行SA-213TP310HCb N耐热钢的TIG焊接试验,研究了焊丝中添加不同含量的Nb和N对熔敷金属组织和性能的影响。结果表明:SA-213TP310HCb N钢熔敷金属呈典型的胞状树枝晶,基体组织为奥氏体,析出相有Nb(C,N)、Cr_(23)C_6和富Cu相。在本文试验条件下,焊丝中增加N含量,熔敷金属的晶粒形态和第二相尺寸数量变化不大,熔敷金属的抗拉强度和屈服强度均提高,但冲击韧性有所降低;增加Nb含量后,熔敷金属的柱状形态明显,析出相尺寸明显增大,熔敷金属的强度无明显变化,冲击韧性明显降低。     

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.     

Nb对镍基合金高温失塑裂纹敏感性的影响机理

通过应变-裂纹(STF)试验法测定临界开裂应变值和开裂温度,确定HS690焊丝中Nb含量对熔敷金属抗高温失塑裂纹(DDC)能力的影响规律,并采用透射电镜对焊丝熔敷金属中析出物的尺寸和形态进行了观察.结果表明,在焊接工艺条件相同的情况下,采用向HS690焊丝中添加Nb的冶金方法能够调整晶界处第二相(Nb,Ti)C的数量和形态,晶界条件得到改善,HS690熔敷金属抗DDC的能力得到明显的提高.     

960MPa级熔敷金属组织及冲击韧性分析

研制开发了960 MPa级高强韧性气体保护焊丝,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),并通过低温示波冲击等试验研究了熔敷金属微观组织和冲击韧性. 结果表明,熔敷金属金相组织为粒状贝氏体(GB)+低碳马氏体(M),马氏体的出现可能和合金元素的成分偏析有关. 贝氏体铁素体(BF)板条晶界形核并向晶内生长,BF片条间有呈薄膜状分布的残余奥氏体(γ'),对韧性有利. 该贝氏体-马氏体型混合组织冲击韧性较好,热输入为13.7 kJ/cm时,熔敷金属裂纹扩展功和冲击吸收总功分别为63和75 J.     

Inconel 625合金堆焊金属开裂机理研究

针对Inconel 625合金焊接热裂纹问题，文中基于大厚度堆焊裂纹敏感性评价方法对采用GTAW工艺、ERNiCrMo-3焊丝堆焊的金属进行了开裂机理研究.结果表明，堆焊金属的微观组织主要由柱状树枝晶组成，堆焊金属组织中析出相主要有Laves(Ni,Fe,Cr)₂(Nb,Ti,Mo)相、MC型碳化物和针状δ(Ni₃Nb)相.大厚度堆焊金属组织局部存在位于一次枝晶间、沿柱状晶方向的结晶裂纹.在裂纹附近的组织及断口发现存在大量密集分布的δ相，裂纹的形成主要与结晶终了阶段形成的共晶δ(Ni₃Nb)有关.Inconel 625合金堆焊金属存在以共晶Laves、共晶δ分别为终凝析出相的(1)、(2)两种凝固模式.相比较而言，结晶终了阶段发生L→γ+δ共晶反应的模式(2)热裂纹敏感性较大，从而造成Inconel 625合金开裂.创新点：(1)研究了625合金堆焊金属开裂的机理.(2)提出了625合金堆焊金属存在以共晶Laves、共晶δ分别为终凝析出相的两种凝固模式.     

激光成形修复Inconel 625合金的工艺特性和组织研究

对激光成形修复Inconel 625合金的工艺特性以及不同区域的组织进行了研究。结果表明:激光成形修复Inconed625合金的工艺范围较宽;激光功率主要影响单道修复层的宽度;扫描速度对单道修复层的尺寸影响较为显著,而送粉率的影响较小。基材的相组成包括γ(Ni-Cr)基体相、大尺寸(约10μm)块状MC型碳化物(M为Nb和Ti)、沿晶界析出的小尺寸(约0.5μm)块状MC型碳化物以及不规则形状的Laves相。修复区组织为呈外延生长的柱状枝晶,相组成为γ基体相、沿枝晶界析出的Laves相以及少量MC型碳化物。层与层界面处Laves相析出急剧增加形成层间过渡区。