1、Inco

nel625合金的簡介 Inconel625合金屬于固溶強(qiáng)化鎳基變形高溫合金，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐高溫氧化性℃及以下，它仍然具有應(yīng)力腐蝕、良好的疲勞性能和高溫機(jī)械穩(wěn)定性。廣泛應(yīng)用于核電、海洋、化工等領(lǐng)域。根據(jù)其性能，廣泛應(yīng)用于核電、海洋、化工等領(lǐng)域。本文成功制備了熱擠壓成型工藝Inconel在此基礎(chǔ)上，研究了625合金棒材在高溫?zé)岣g環(huán)境下的性能。而Inconel在高溫復(fù)雜的服務(wù)環(huán)境下，625合金的機(jī)械性能在較窄的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，即合金的溫度敏感性。本文以合金在高溫、熱腐蝕狀態(tài)下的相變轉(zhuǎn)化為切入點，分析了微組織演變和力學(xué)性能的變化規(guī)律，進(jìn)一步研究了合金在服務(wù)環(huán)境下的相變機(jī)制，找出了相變與溫度敏感性的內(nèi)在關(guān)系。 上海葉鋼金屬集團(tuán)有限公司Inconel625光譜 研究了熱擠壓相變轉(zhuǎn)化的相變轉(zhuǎn)化Inconel625合金的微組織演變和性能影響機(jī)制。發(fā)現(xiàn)在650℃和800℃，隨著時間限制的增加，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度呈增長趨勢，尤其是屈服強(qiáng)度的增長更為明顯；750℃，隨著時間限制的增加，樣品的強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，樣品力學(xué)性能的下降和γ''→δ與孔洞缺陷和微裂紋的形成有關(guān)。 隨著時間的增加，在高溫拉伸和常溫拉伸下，δ隨著相數(shù)的增加，樣品的延伸率呈下降趨勢。當(dāng)溫度為650℃當(dāng)時，樣品的晶粒尺寸一直在增加，間為150h當(dāng)平均晶粒尺寸達(dá)到為38μm；當(dāng)時效率溫度達(dá)到75℃時效時間超過75h，由于δ相對晶界的釘扎效果和Nb原子的拖拉作用導(dǎo)致晶粒細(xì)化明顯。高溫拉伸樣品動態(tài)再結(jié)晶，使800℃樣品失效后的晶粒細(xì)化更為明顯。在650℃~800℃，發(fā)生了γ''到δ相的相變變化使試樣機(jī)械不穩(wěn)定δ相的形狀由顆粒狀轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧钗菏象w組織，其作用也發(fā)生了變化，導(dǎo)致Inconel625合金對溫度敏感。 通過不同溫度的蠕變相變強(qiáng)化機(jī)制對熱擠壓的研究Inconel625合金的微組織演變和性能影響規(guī)律。研究表明，720℃以下溫度蠕變載荷為250MPa時，Inconel625合金具有優(yōu)異的抗蠕變性能。當(dāng)溫度高于720℃當(dāng)樣品進(jìn)入蠕變加速階段時，隨著溫度的升高，顆粒狀δ相開

始在晶體邊界沉淀并聚集成短棒，更后在晶體表面以針的形式擴(kuò)展，增加了樣品的蠕變速率，降低了其蠕變性能。 蠕變溫度為720℃~740℃此時，樣品表面沒有雙胞胎，此時η相沿著γ′堆垛層在沉淀物中錯分布，抑制其成為孿晶，相變強(qiáng)化機(jī)制提高了合金的抗蠕變性能。而在750℃當(dāng)蠕變過程中產(chǎn)生大量形變雙晶時，表明相變強(qiáng)化機(jī)制失效或不起主要作用。此時，形變雙晶是蠕變機(jī)制的主導(dǎo)機(jī)制。 通過不同溫度和時間的熱腐蝕試驗，研究了熱腐蝕行為的熱擠壓Inconel625合金的微組織演變和性能影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，熔鹽熱腐蝕后，合金表面沉淀的致密氧化物是Cr2O3和Fe3O4以及NiCr2O4；而經(jīng)900℃熔鹽處理后，在金屬基體和氧化物之間形成過渡層NiO與Ni3S2.隨著腐蝕時間的增加，硫化物在合金表面不斷沉淀和聚集。經(jīng)650℃熔鹽處理后，隨著熱腐蝕時間的增加，樣品強(qiáng)度呈上升趨勢，延伸率仍呈下降趨勢。與650℃與時效后的室溫拉伸相比，其強(qiáng)度和延伸率的變化趨勢是一致的，但其強(qiáng)度優(yōu)于同時效后的室溫拉伸強(qiáng)度，其延伸率低于同時效后樣品的延伸率。 這是因為熔鹽的阻礙γ''向δ熔鹽促進(jìn)晶界和晶體的轉(zhuǎn)化Cr23C6共同作用的結(jié)果，如沉淀。經(jīng)900℃熔鹽處理后，樣品的抗拉強(qiáng)度和延伸率呈下降趨勢；屈服強(qiáng)度呈先降后升后降的趨勢，但總體呈下降趨勢。硫化物沿著財富Nb態(tài)的塊狀MC碳化物在晶界形成的孔迅速擴(kuò)散γ''向δ材料的強(qiáng)度和塑性共同下降。 1.1前言 高溫合金是指Fe、Ni、Co在一定高溫為基礎(chǔ)(600℃以上)以及在一定應(yīng)力作用下長期使用的金屬材料。綜合性能優(yōu)異的高溫合金：疲勞性能、高溫強(qiáng)度、耐熱腐蝕性、斷裂韌性和抗氧化性。高溫合金又稱超合金世界上先進(jìn)發(fā)動機(jī)開發(fā)中高溫合金材料的用量已占發(fā)動機(jī)總量的40%~60%。因此，先進(jìn)發(fā)動機(jī)基石是高溫合金的另一個代名詞。一旦新型航空發(fā)動機(jī)進(jìn)入量產(chǎn)階段，對高溫合金的需求將繼續(xù)快速增長。 高溫合金不僅廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，而且越來越受到民用領(lǐng)域的關(guān)注和青睞。渦輪增壓器、石油石化、燃?xì)廨啓C(jī)、核電等行業(yè)高溫合金的應(yīng)用也越來越廣泛。隨著國內(nèi)高端設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展和工業(yè)化的推進(jìn)，民用工業(yè)對高溫合金的需求將繼續(xù)增長。目前民用高溫合金需求不高，僅占總需求的20%左右，但未來這一比例將繼續(xù)上升。隨著航空發(fā)動機(jī)、核電行業(yè)、汽車渦輪增壓器等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對高溫合金的需求將呈現(xiàn)爆炸性增長趨勢。目前，我國高溫合金主要依靠進(jìn)口，產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)需求，未來7年對高溫合金的需求將呈現(xiàn)復(fù)合增長。 根據(jù)基體元素類型、合金強(qiáng)化類型、材料成型方法等，高溫合金種類繁多。變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末冶金高溫合金按材料成型方法劃分；鐵基高溫合金、鎳基高溫合金、鈷基高溫合金按基體元素類型劃分；固溶強(qiáng)化高溫合金和及時沉淀強(qiáng)化合金按合金強(qiáng)化類型劃分。Ni元素和Fe元素以及Co在某些方面，元素的性能存在一定的差異。Ni屬于第八主族的元素，其外層電子層接近飽和，可與其它元素合金化，但仍能保持其奧氏體相的穩(wěn)定性。 Fe元素和Co同素異構(gòu)會隨著溫度的變化而變化；Ni元素的面心立方結(jié)構(gòu)不會改變同素異構(gòu)，使組織更加穩(wěn)定。因此，由于Ni鎳基高溫合金因其獨特性而成為研究的熱點。鎳基鑄造高溫合金主要用于飛機(jī)、工業(yè)和汽車的重要部件，而鎳基變形高溫合金主要用于燃?xì)廨啓C(jī)和噴氣發(fā)動機(jī)。 其中Inconel作為鎳基變形高溫合金的典型代表，625合金對其進(jìn)一步研究尤為突出。通過對鎳基變形高溫合金的研究，發(fā)現(xiàn)了變形抗性大、變形溫度范圍窄、高溫組織不穩(wěn)定三個特點。變形溫度范圍窄不僅發(fā)生在熱塑性成形過程中，而且其機(jī)械性能在服務(wù)過程中發(fā)生明顯變化，而且溫度波動范圍窄。因此，鎳基變形高溫合金的穩(wěn)定塑性成形窗非常窄，其變形溫度為1200℃，允許波動的范圍只有50~100℃。當(dāng)超過這個溫度范圍時，就會出現(xiàn)高溫組織不穩(wěn)定和變形阻力急劇增加，導(dǎo)致塑性成形變得越來越困難。 其次Inconel625管棒擠壓時，變形溫度低于上述溫度范圍，導(dǎo)致悶車；一旦超過這個范圍，就會爆裂。鎳基變形高溫合金變形溫度范圍窄主要集中在650~750的服務(wù)溫度℃的范圍內(nèi)。因此，對于Inconel625合金溫度敏感性的研究主要集中在這一溫度范疇。 兩種鎳基高溫合金(ME3和ME501)關(guān)于蠕變性能的研究發(fā)現(xiàn)，700℃出現(xiàn)了η相沿著γ′堆垛層的錯分布有利于抑制堆垛層的錯變成雙晶，顯著提高其抗蠕變性能。這是一種新的強(qiáng)化機(jī)制，被稱為相變強(qiáng)化機(jī)制。隨著溫度的變化，鎳合金的沉淀相會發(fā)生變化。通過進(jìn)一步研究相變，可以找到溫度敏感性與相變的關(guān)系Inconel研究625合金的蠕變性能和微組織演變，有助于進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)相變強(qiáng)化機(jī)制與溫度敏感性的聯(lián)系。 20世紀(jì)50年代，為了滿足主蒸汽管道材料的強(qiáng)度要求，Incone1625合金應(yīng)運而生。此后，在625合金的基礎(chǔ)上，合金種類不斷增加，衍生出625Plus,Incone1718等；而且在718合金的基礎(chǔ)上也繼續(xù)衍生出其它合金，如圖1.1所示。 上海葉鋼金屬集團(tuán)有限公司Inconel625的發(fā)展 Incone1625合金的強(qiáng)度是由Mo和Nb在Ni-Cr由于矩陣中的硬化效應(yīng)，合金不需要沉淀硬化。這些元素之間的共同作用決定了合金腐蝕性能、高溫環(huán)境的抗氧化性和抗?jié)B碳性。Incone1625合金具有良好的機(jī)械性能、加工性能和耐腐蝕性、耐疲勞性和耐鹽霧氣氛下的應(yīng)力腐蝕性。由于A1和Ti含量很低，Inconel625合金通常不被認(rèn)為是時間硬化超合金，但對時間處理仍具有非常重要的研究價值，其斷裂機(jī)制、疲勞性能和時間過程對微組織和機(jī)械性能的影響以及實際服務(wù)過程具有非常重要的指導(dǎo)意義。 根據(jù)Inconel625合金的耐腐蝕性使其能夠避免局部腐蝕、氯離子應(yīng)力腐蝕開裂、高拉伸強(qiáng)度和高腐蝕疲勞強(qiáng)度。因此，廣泛應(yīng)用于泊船纜繩、海軍船舶排氣管道、潛艇輔助驅(qū)動電機(jī)、摩托炮船推進(jìn)器葉片、海洋學(xué)儀部件等領(lǐng)域。根據(jù)Inconel625合金的高拉伸性、蠕變性、斷裂強(qiáng)度、優(yōu)異的疲勞和熱疲勞強(qiáng)度、抗氧化性和優(yōu)異的焊接性能，廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域。 例如，發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)、燃油和液壓系統(tǒng)管道、推力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、火箭發(fā)動機(jī)推力室等。在寬溫度和壓力范圍內(nèi)，合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性，在化工領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可。在某些方面，需要考慮合金的綜合性能，如強(qiáng)度、腐蝕阻力、應(yīng)力開裂阻力和點蝕阻力、核水反應(yīng)器的反應(yīng)核和控制棒部件。 2、Inconel625合金的化學(xué)成分及其主要元素 Incone1625合金是以Ni-Cr固溶強(qiáng)化，以Mo,Nb變形高溫合金主要是強(qiáng)化元素。合金標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)如下表1.1所示。 上海葉鋼金屬集團(tuán)有限公司Inconel625化學(xué)成分 Inconel625合金中合金化元素較多，其作用也有很大差異，主要起固溶強(qiáng)化、二相強(qiáng)化和抗氧化作用。Cr的作用：當(dāng)Cr元素γ以固溶態(tài)的形式存在可以起到固溶強(qiáng)化的作用；此外，提高高溫合金的持久性Cr降低γ相堆疊層錯誤；合金的抗氧化性和耐腐蝕性的提高與氧化膜有關(guān)Cr2O形成有關(guān)。Al作用：主要起到強(qiáng)化作用；Al是γ′(Ni3A1)相組成元素，γ′相的體積分?jǐn)?shù)也是由Al另外，γ/γ′**值和錯配度γ′相周圍的共格應(yīng)變場都伴隨著Al增加呈現(xiàn)強(qiáng)化效果。 Co功能：分布在基體中Co能起到固溶強(qiáng)化的作用，同時降低合金基體的層錯能，提高合金的蠕變性能。Mo的作用：Mo可抑制再結(jié)晶的形成；提高蠕變性能Mo提高原子間的結(jié)合力，促進(jìn)位錯網(wǎng)的形成。Nb的作用：γ′相的強(qiáng)化作用主要與Nb有關(guān)，但Nb會對抗氧化和耐熱腐蝕性產(chǎn)生負(fù)面影響Nb可降低層錯能，降低蠕變速率，進(jìn)而提高合金的蠕變性能。Ta的作用：γ′提高相的強(qiáng)度Ta聚集于γ′同時，Ta合金的熱疲勞性能和耐熱腐蝕性能顯著提高；鑄造性能的提高Ta元素有關(guān)。 3、Inconel625合金的組織和性能 Inconel625合金的微組織是奧氏體組織，復(fù)雜的相存在于合金中，除了基體相γ另外，不同的第二相存在于不同的條件下，主要包括γ′′相、γ′相以及δ相。Inconel625合金主要強(qiáng)化γ ′′相，δ相與基體不共格，起到彌散強(qiáng)化作用。另外復(fù)雜多樣的碳化物和不同加工狀態(tài)下而存在的組織偏析Laves相都是合