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真空Nimonic80A合金棒材的理化性能研究

2022-06-26 04:47翟健紅武春芹張明新周冀龍
世界有色金屬 2022年4期
關(guān)鍵詞:晶粒合金硬度

Nimonic 80A是Ni-Cr系鎳基高溫合金。在高溫下具有良好的強(qiáng)度和非常優(yōu)異的耐腐蝕性能和抗氧化性能。這些優(yōu)點(diǎn)使得Nimonic 80A廣泛的應(yīng)用于航空、航天、發(fā)電站和交通運(yùn)輸?shù)雀邷責(zé)徨懖考?。?guó)外高溫合金大都采用兩次熔煉,即母材熔煉好重熔。目前一次熔煉最重要的手段是堿性電弧爐和大型真空感應(yīng)爐,二次重熔最主要的是真空自耗爐和電渣爐。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為,真空雙聯(lián)和真空感應(yīng)加電渣重熔是生產(chǎn)高合金化高溫合金的可靠方法

。真空感應(yīng)熔煉主要優(yōu)點(diǎn)

:①在真空下熔煉能嚴(yán)格控制合金中活潑元素,如Al、Ti等的含量,進(jìn)而保證合金的性能、質(zhì)量的穩(wěn)定性。②真空冶煉有利于去除氣體和夾雜物,合金中O

、N

、H2和夾雜物含量都較低。③有害雜質(zhì)Pb、Bi、Te、Cd、Cu等在真空中能揮發(fā)。

1 Nimonic80A合金的生產(chǎn)工藝

真空感應(yīng)熔煉→鍛造→探傷→剝皮→酸洗→熱軋→固溶時(shí)效→矯直→磨制成品

1.1 Al、Ti含量比例對(duì)持久性能的影響

當(dāng)前具有最好高溫強(qiáng)度的合金,Al,Ti之和接近10%,Al,Ti,Nb,Ta之 和 為16%。低Ti-Al比( 高Al低Ti)合金,一般在較高溫度下使用

。高Ti-Al比(高低Ti低Al)對(duì)于良好的抗熱腐蝕性能是必要的,Ti/Al=2.0時(shí),合金同時(shí)具有良好的高溫強(qiáng)度和抗熱腐蝕性能。提高Ti-Al比增加抗熱腐蝕性,但Ti-Al比過高則容易出現(xiàn)粗大片狀η(Ni

Ti)相,使合金脆化,強(qiáng)度和塑性急劇降低。

1.2 Mg、B、Zr、Re對(duì)持久性能、強(qiáng)化晶界的作用

加入適量B,Zr能顯著提高合金的持久壽命,降低蠕變速率,并顯著改善持久缺口敏感性

,提高塑性和加工性能。當(dāng)只加入其中一種時(shí),B的作用比Zr顯著,但同時(shí)加入B、Zr的合金性能最好

。鎳基合金中含有0.005%~0.05%Mg,可以顯著提高合金的持久性能和塑性。鎳基合金中稀土元素的含量0.002%~0.007%或更低。加入La、Ce等元素,合金在高溫退火時(shí)促使晶界形成鏈狀碳化物,改善合金的瞬時(shí)持久性能。對(duì)晶界起凈化作用,使合金中O

、N

含量降低到1/2-1/4。有強(qiáng)烈的脫硫作用,與合金中的S和其他有害雜質(zhì)化合成高熔點(diǎn)化合物,從而提高持久性能與工藝性能

。由此設(shè)計(jì)成分如表1。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)成分

2.1.1 氣體含量

圖1為氣體含量變化趨勢(shì)圖,由圖可知,隨著微量元素La-Ce的添加,O、N、H含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),其中O含量變化趨勢(shì)最明顯,6#的O含量最低。以上分析說明了La-Ce凈化晶界,降低了O、N含量。

2.1.2 La-Ce脫硫作用

經(jīng)過軋制后,晶粒變小。鍛造過程中溫度、時(shí)間、坯料冷卻速度各不相同,經(jīng)過鍛造后晶粒度大小以及微觀組織不盡相同。在軋制過程中由于表面和心部的變形量及散熱條件不同,各部分微觀組織差異比較大。因此經(jīng)鍛造、軋制的鋼材在使用前或加工過程中一般都進(jìn)行熱處理,以改善機(jī)械性能,顯微組織。

2.2 硬度

圖3為80A合金(φ26mm,熱軋態(tài))在1080℃不同保溫時(shí)間及冷卻條件對(duì)硬度HBW的影響。由圖可知:①同一成分設(shè)計(jì)下,空冷時(shí)硬度明顯高于水淬時(shí)硬度。水淬時(shí)碳化物保留在了固溶體內(nèi),而空冷更有利于碳化物沉淀析出,出現(xiàn)不完全硬化現(xiàn)象。B、Zr減少C向晶界偏析,增加晶內(nèi)碳化物的數(shù)量。B、Zr、La-Ce改善界面性能,使晶界上第二相形態(tài)更易于球化,提高晶界強(qiáng)度。故5#、6#空冷時(shí)硬度相比其他成分時(shí)的硬度較高。②不同成分設(shè)計(jì)的空冷、水淬硬度曲線平行性較好。相同冷卻條件下,5#、6#保溫8h的硬度明顯低于保溫1h的硬度,而1#、2#、3#、4#保溫8h與保溫1h的硬度相差不大。在溫度固定的情況下,隨時(shí)間延長(zhǎng)合金逐漸均勻化,硬度隨之降低。

近年來(lái),課堂改革是南通教育重點(diǎn)推進(jìn)的內(nèi)容。學(xué)校推出“三單教學(xué)”模式。“三單”即活動(dòng)單、自助單和互動(dòng)單?;顒?dòng)單側(cè)重課堂教學(xué),設(shè)計(jì)課堂活動(dòng);自助單側(cè)重作業(yè)布置,學(xué)生自主作業(yè);互動(dòng)單用于師生溝通和家校溝通。情感項(xiàng)目研究開始后,課堂發(fā)生巨大變化。

經(jīng)軋制后80A合金硬度稍有升高,其中6#硬度顯著升高。6#是前五爐冒口重熔得到,含有B、Zr含量較多。B、Zr富集在晶界上時(shí),填滿空位和晶界缺陷,可減慢晶界擴(kuò)散過程,降低位錯(cuò)攀移速度,從而強(qiáng)化合金。

2.2.2 固溶溫度對(duì)80A合金硬度的影響

(4) 相對(duì)于水力梯度、試樣面積,土體類型對(duì)排水管淤塞的影響更為明顯,所以在黏粒含量較大的土層中布設(shè)排水管應(yīng)做好相應(yīng)的反濾措施,以確保排水系統(tǒng)的有效性和長(zhǎng)期性。

圖2為80A合金(φ26mm,熱軋態(tài))不同固溶溫度保溫1h水淬對(duì)硬度HBW的影響。由圖可知,隨著溫度的升高硬度先下降后上升,1050℃是分界點(diǎn)。1000℃時(shí)基體未溶解要沉淀析出的相及碳化物,硬度明顯高于1050℃硬度。1050℃時(shí)起到了固溶效果,硬度最低。溫度升至1080℃時(shí),硬度又上升。這是由于溫度升高,合金均勻化,降低基體的堆垛層錯(cuò)能,充分發(fā)揮Cr、Co固溶強(qiáng)化作用。同時(shí),1080℃保溫后冷卻時(shí)碳化物晶界沉淀而出現(xiàn)不完全硬化現(xiàn)象,碳化物晶界沉淀能夠避免在蠕變伸長(zhǎng)較小時(shí)引起的早期開裂。

固溶處理是為了溶解基體內(nèi)碳化物、γ,相等以得到均勻的固溶體,便于時(shí)效時(shí)均勻析出γ,強(qiáng)化相。其次為了獲得適宜的晶粒度,以保證合金高溫抗蠕變性能。細(xì)晶粒材料的室溫硬度、屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和沖擊性能較好。粗晶粒材料的高溫持久和蠕變性能較好。中等晶粒(4~5級(jí))合金的中溫(600℃~700℃)強(qiáng)度較好,高溫長(zhǎng)時(shí)間使用的合金晶粒度3~4級(jí)較好

2.2.1 鍛造、軋制80A硬度變化

2.3 晶粒度

2.2.3 保溫時(shí)間及冷卻介質(zhì)對(duì)80A合金硬度的影響

2.3.1 鍛造、熱軋80A合金晶粒度變化

成分設(shè)計(jì)1硫含量0.007%,成分設(shè)計(jì)2硫含量0.004%,成分設(shè)計(jì)3中添加了La-Ce,S含量最低,硫含量0.0025%。La-Ce對(duì)晶界起凈化作用,降低S含量。La-Ce有強(qiáng)烈的脫硫作用,能夠提高持久性能與工藝性能。

2.3.2 固溶溫度對(duì)80A合金晶粒度的影響

1000℃保溫1h平均晶粒直徑13.6微米,1050℃保溫1h平均晶粒直徑17.8微米,1080℃保溫1h平均晶粒直徑28.5微米。隨著溫度的升高,晶粒增大趨勢(shì)不明顯,1080℃晶粒平均直徑增大10.7微米。

河曲縣是國(guó)家扶貧開發(fā)工作重點(diǎn)縣。有人說這里豐水,有人說這里缺水。說豐水,因?yàn)榫o鄰黃河;說缺水,因?yàn)橛盟芡怀?。在決戰(zhàn)貧困的路上,如何保障飲水安全成為一大“硬骨頭”。實(shí)踐中,河曲縣通過實(shí)施供水補(bǔ)貼,明確責(zé)任主體、強(qiáng)化人員培訓(xùn),實(shí)現(xiàn)農(nóng)村居民與城鎮(zhèn)居民用水同價(jià)“三道保險(xiǎn)”,徹底解決了農(nóng)村群眾的后顧之憂。目前建成飲水工程151處,解決了11.99萬(wàn)農(nóng)民的飲水安全問題。

2.3.3 保溫時(shí)間對(duì)80A合金晶粒度的影響

第一,農(nóng)村經(jīng)濟(jì)產(chǎn)權(quán)制度改革,可以最大限度地避免集體資產(chǎn)流失情況的出現(xiàn)。在長(zhǎng)久的發(fā)展歷史當(dāng)中,農(nóng)村的集體經(jīng)濟(jì)組織主體缺失情況嚴(yán)重,集體資源、集體資產(chǎn)、發(fā)展規(guī)劃、日常監(jiān)督機(jī)制的不健全使農(nóng)村集體經(jīng)濟(jì)組織成員的權(quán)益無(wú)法得到充分保障。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)產(chǎn)權(quán)制度改革的不斷深入,集體組織的資產(chǎn)得到全面核算,完善的集體資產(chǎn)監(jiān)督管理機(jī)制使集體資產(chǎn)流失的局面得到了明顯改善。

鬼子發(fā)現(xiàn)占領(lǐng)東山的國(guó)軍正在向江邊撤退,一路尾隨追擊而來(lái)。石大勇心想,如果不就地組織阻擊,他們這樣被敵人追著打,還不等跑到江邊,就會(huì)被敵人消滅干凈。于是,他反身停了下來(lái),對(duì)身后的戰(zhàn)士們說:“班長(zhǎng)以上的軍官們留下阻擊敵人,其它戰(zhàn)士護(hù)送連長(zhǎng)先撤。你們記住,到了江邊不要等我們,讓所有的劃夫們都撤,你們上了木排順江向下游煙收壩南岸撤,上岸后從點(diǎn)軍回石牌。如果你們活著回去了,讓連長(zhǎng)去找?guī)熼L(zhǎng),代我們問一句話,為什么攻城的大部隊(duì)撤走時(shí)不帶上我們?就這,都趕緊走?!?/p>

2.4 金相組織

經(jīng)1080℃+1h+空冷后組織如圖6,?固溶體基體上分布著碳化物、氮化物及γ′相。1#、4#組織相似,網(wǎng)狀碳化物消失,5#存在串聯(lián)狀碳化物。

1000℃+1h+水淬組織如圖4所示,5#組織保持熱軋態(tài)碳化物封閉成網(wǎng)狀形態(tài),而1#、4#則保持熱軋態(tài)碳化物集中分布的形態(tài)。說明1000℃時(shí)未固溶徹底,基體未溶解以后要沉淀析出的?,相及碳化物。

她的文化身份不再是“非此即彼”的單一選擇,而是建立在對(duì)兩種文化的權(quán)衡之上,是融合自身特性的身份重建,是一種有意識(shí)的“混雜化”的文化身份。多元化時(shí)代“混雜化”文化身份成為被邊緣化的族裔群體抵抗主流文化同質(zhì)化政策、為自己發(fā)聲的有力武器。

對(duì)薄層色譜進(jìn)行了方法學(xué)研究,分別對(duì)供試品溶液制備、薄層板、展開系統(tǒng)進(jìn)行了考察。分別采用不同提取溶劑(甲醇、無(wú)水乙醇、正己烷各10 mL),不同展開系統(tǒng)〔石油醚(60~90℃)-乙酸乙酯(20∶1);石油醚(60℃~90℃)-丙酮(9∶2)〕,不同顯色方式(噴以10%硫酸乙醇溶液,105℃加熱至斑點(diǎn)顯色清晰;噴以5%對(duì)二氨基苯甲醛的10%硫酸乙醇溶液,105℃加熱至斑點(diǎn)顯色清晰)進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,采用本法所得的薄層色譜斑點(diǎn)清晰、一致,且操作簡(jiǎn)便易行。

1080℃+1h+水淬組織如圖5所示,5#網(wǎng)狀碳化物減少,存在串聯(lián)狀碳化物,1#、4#與1000℃組織相比,碳化物分布更均勻。說明1080℃固溶時(shí)基體溶解要沉淀析出的?,相,但未充分溶解碳化物。

不同固溶溫度下金相組織的分析可看出:①1000℃時(shí),基體未充分溶解以后要沉淀析出的γ′相及碳化物;②1080℃時(shí),更有利于γ′及碳化物溶解,由于保溫時(shí)間短,尚不能消除網(wǎng)狀碳化物。③1000℃-1080℃對(duì)80A晶粒度變化影響不明顯,溫度的高低的選擇更體現(xiàn)在固溶效果上。

2.4.2 1080℃不同保溫時(shí)間對(duì)80A合金顯微組織的影響

2.4.1 固溶溫度對(duì)80A合金顯微組織的影響

經(jīng)1080℃+8h+空冷后組織如圖7,1#、4#組織更相近,相比1080℃+1h+空冷組織,更多碳化物、γ′相溶解于基體。5#相比1080℃+1h+空冷時(shí)串聯(lián)狀碳化物消失。1080℃下保溫8h更有利于γ′相和碳化物的溶解,保溫8h的硬度明顯低于保溫1h的硬度也證明了保溫8h時(shí)固溶更充分。

1080℃保溫1h平均晶粒直徑28.5微米,1080℃保溫8h平均晶粒直徑76微米。隨著時(shí)間的延長(zhǎng),晶粒逐漸長(zhǎng)大,1080℃保溫8h晶粒平均直徑增大到76微米。

2.4.3 1080℃保溫8h空冷及水淬對(duì)80A合金顯微組織的影響

1080℃保溫8h水淬組織如圖8,1080℃保溫8h空冷組織如圖7,水淬時(shí)碳化物沿晶界析出的少,體現(xiàn)在基體的晶界不明顯。空冷時(shí)硬度明顯高于水淬時(shí)硬度,也說明了空冷時(shí)γ′相和碳化物析出更多。

2.5 力學(xué)性能

Nimonic80A早期熱處理只是高溫固溶和低溫時(shí)效。這樣熱處理可得到良好的拉伸和短時(shí)應(yīng)用的持久性能,但組織不夠穩(wěn)定,不適于長(zhǎng)期使用。實(shí)際進(jìn)行850℃中間處理,中間處理顯著提高合金的持久壽命和塑性

。時(shí)效熱處理工藝:1080℃+8h+空冷,850℃+24h,爐冷至700℃+16h,爐冷至400℃+空冷。時(shí)效后室溫力學(xué)性能如表2所示,性能達(dá)到ASTM-B637-03要求。

小學(xué)生具有豐富的想象能力,因此,教師應(yīng)充分根據(jù)這一特點(diǎn),合理利用數(shù)字化的教學(xué)資源開展教學(xué)活動(dòng)。小學(xué)生對(duì)一切新鮮事物有強(qiáng)大的好奇心,教師就應(yīng)利用數(shù)字化的學(xué)習(xí)資源,營(yíng)造合理的學(xué)習(xí)情境,從而促使學(xué)生能夠進(jìn)行知識(shí)的聯(lián)想,自主地接受知識(shí)。如在講解“乘法”這一課時(shí),教師可以利用數(shù)字化的學(xué)習(xí)資源,制作相關(guān)的課件,促使學(xué)生能夠通過數(shù)字化的資源,深刻理解視頻中出現(xiàn)的數(shù)學(xué)知識(shí),最大程度地刺激其想象能力,有利于學(xué)生將難以理解的數(shù)學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀桌斫獾臄?shù)學(xué)知識(shí),從而突破教學(xué)的難點(diǎn),促使學(xué)生更深刻地理解數(shù)學(xué)知識(shí),因此,教師在數(shù)學(xué)課堂的教學(xué)活動(dòng)中,應(yīng)充分利用數(shù)字化的學(xué)習(xí)資源,達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果[3]。

3 結(jié)論

添加La-Ce能夠顯著降低80A合金中O、N含量。La-Ce對(duì)晶界起凈化作用,有強(qiáng)烈的脫S作用。

80A合金硬度隨著溫度的升高先降低后增加,1080℃是比較合適的固溶溫度,能實(shí)現(xiàn)固溶及發(fā)揮固溶強(qiáng)化作用。

1080℃保溫8h,利于合金均勻化,能充分溶解γ′相和碳化物,空冷有利于晶內(nèi)碳化物沉淀析出,水淬時(shí)碳化物沿晶界析出的少。

中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量很大,它的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),動(dòng)作單調(diào),又很容易讓人產(chǎn)生疲憊、惡心等各種情況,所以學(xué)生在參與中長(zhǎng)跑體育活動(dòng)中缺乏快樂,其抵觸心理自然很大。

經(jīng)高溫固溶、850℃中間處理、低溫時(shí)效熱處理可得到良好的沖擊及拉伸性能。

[1]R.Schatter,GieBerei[J],1962,64,No.4,907-911.

[2]楊棟,吳超萬(wàn),知水,王中一.特種冶金問題1[M].北京:中國(guó)工業(yè)出版社,1963,104-109.

[3]C.P.Sulliuan,M.J.Donachie,Jr.Metals Engineering Quarterly[J],1967,Vol.7,No.7,36.

[4]W.J.Pennington,Metal Progress[J],1958,Vol.73,82.

[5]R.F.Decher,J.W.Freeman,Trans.of AIME[J],1960,Vol.218,No.2,277.

[6]R.F.Decher,C.T.Sims,The Superalloys[M],1972,Chapter2.

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