GH3030圓鋼鍛件生產(chǎn)
  國(guó)勁合金應(yīng)用于高、精、尖領(lǐng)域，是電廠脫硫脫硝、石油化工裝備、煤化工、化工、PTA、環(huán)境保護(hù)、海水淡.化、造紙機(jī)械、制要設(shè)備、換熱設(shè)備、電化學(xué)、冶金、海洋平臺(tái)、核能、造船、水泥制造、酸醋酐、制鹽、體育休閑及板式換熱器、波紋管膨脹節(jié)補(bǔ)償器等行業(yè)重要的特種材料供應(yīng)商。
精密合金系列：1J30、1J36、1J50、2J22、2J85、3J01、3J09、3J21、3J40、3J53、4J28、4J29、4J36、4J42、4J50、6J20、6J22Inconel合金：Inconel625、Inconel625LCF、Inconel690、Inconel600、Inconel601,Inconel617、Inconel686、Inconel718、Inconel718

本文基于“團(tuán)簇加連接原子”模型建立了鎳基高溫合金成分式,實(shí)施了對(duì)現(xiàn)有牌號(hào)合金的成分解析和性能分析,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和性能預(yù)測(cè)。首先,通過分析現(xiàn)有成熟牌號(hào)合金成分,揭示了鎳基高溫合金的成分規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì),提出了鎳基單晶高溫合金的理想模型和相應(yīng)成分式。其次,借助鎳基高溫合金的成分式,確定了合金中鍵的種類和數(shù)量,并利用鍵焓表征鍵強(qiáng),建立了承溫能力與成分式之間的關(guān)聯(lián),并實(shí)現(xiàn)對(duì)承溫能力的預(yù)測(cè)。后,利用理想模型對(duì)第1代鎳基單晶高溫合金進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所設(shè)計(jì)合金的1000 ℃/219 MPa持久壽命達(dá)到第1代單晶合金的平均水平,并且所設(shè)計(jì)合金的初熔溫度在第1代單晶合金中處于較高水平。

具體內(nèi)容包括以下3方面:(1)基于“合金化元素與溶劑Ni”的混合焓,將合金化元素分為4類:1類Ni元素Ni(含Ni、Co、Fe、Re、Ru和Ir),與Ni呈弱混合焓,范圍在-2～+2kJ/mol;2促進(jìn)γ形成的類Cr元素Crγ(含Cr、Mo和W),與Ni的混合焓在-7～-3 kJ/mol;3促進(jìn)γ’形成的類Cr元素Crγ’(含Ti、V、Nb和Ta),與Ni的混合焓在-35～-18kJ/mol;4與Ni呈強(qiáng)負(fù)混合焓的主要合金化元素Al(-22 kJ/mol)。基于元素分類,本文對(duì)272個(gè)廣泛應(yīng)用或具有代表性的典型鎳基高溫合號(hào)進(jìn)行成分分析,發(fā)現(xiàn)鎳基高溫合金落于狹窄的成分區(qū)間60～80 at.%Ni,對(duì)應(yīng)連接原子個(gè)數(shù)為2～7。鎳基高溫合金的發(fā)展過程,就是在Ni-Cr二元體系基礎(chǔ)上添加γ’形成元素(Al,Crγ’)的過程。定向凝固柱晶合金和單晶高溫合金位于[(Al,Crγ’)1-Ni12](Al,Crγ’)1.5Crγx-1.5成分線。

高代次單晶合金終趨近于符合Friedel振蕩和團(tuán)簇共振模型的理想成分式[(Al,Crγ’)1-Ni12](Al,Crγ’)1.5Crγ1.5=Ni75Al12.5Crγ’9.375Crγ3.125 at.%。通過元素分類還可以獲得γ’體積分?jǐn)?shù)。(2)本文基于所獲得的成分式,進(jìn)而確定鎳基高溫合金中鍵的種類和數(shù)量。對(duì)于配位數(shù)為12的面心立方固溶體結(jié)構(gòu),屬于每個(gè)原子的鍵為6個(gè),因此含有x個(gè)連接原子的成分式有6×(13+x)個(gè)鍵,包括12個(gè)中心-殼層鍵、12x個(gè)連接-殼層鍵和(66-6x)個(gè)殼層-殼層鍵。利用鍵焓表征鍵強(qiáng),本文發(fā)現(xiàn),平均鍵焓可以反應(yīng)承溫能力的變化趨勢(shì),弱鍵鍵焓可以反映持久壽命的變化趨勢(shì)。高承溫能力和長(zhǎng)持久壽命的高代次單晶合金同樣指向理想成分式[Al-Ni12]Al1Cr’0.5Crγ1.5。
鎳基高溫合金的理想模型[Al-Ni12]Al1Crγ’0.5Crγ1.5,結(jié)合已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的的第1代鎳基單晶高溫合金DD407(AM3)的成分,設(shè)計(jì)出3組(A組、B組和C組)團(tuán)簇高溫合金:A 組合金成分式為[Al-Ni11Co1](Al1TaxTi0.5-xCr1Mo0.25 W0.25),x=0、0.25 和 0.5,因此以 Ta 和 Ti 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)命名,“0Ta-2.65Ti”、“4.82Ta-1.28Ti”和“9.32Ta-0Ti”;B 組合金成分式為[Al-Ni12-yCoy](AllTi0.25Ta0.25Cr1MO0.25W0.25),y=1.5、1.75、2 和 2.5,因此以 Co 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)命名,“9.43Co”、“11Co”、“12.57Co”和“15.71Co”。C 組合金成分式為[Al-Ni12-zCoz](Al1Ta0.25Ti0.25Cr1Mo0.25W0.25),z=1.25、2、2.5 和 3,還有[A1-Ni11Co1](Al1Ti0.5Cr1Mo0.25W0.25),命名為“7.86Co”、“12.57Co”、“15.71Co”、“18.85Co”和“0Ta-2.65Ti”。

其中,7.86CO 合金和 12.57Co合金的 1000 ℃/219 MPa持久壽命超過DD407的46h,達(dá)到了第1代單晶合金的平均水平。同時(shí),所有團(tuán)簇高溫合金的初熔溫度在第1代單晶合金中處于較高水平,均超過Nasair 100的初熔溫度(1330 ℃)。A組合金中,Ta元素的增加(Ti元素的降低),合金的負(fù)錯(cuò)配度ε從-0.262%減小到-0.247%,但在900 ℃*時(shí)效的過程中,合金的負(fù)錯(cuò)配度ε能夠保持穩(wěn)定,從而抑制γ’的粗化。同樣,Ta增加(Ti降低),A組合金的1050 ℃/120 MPa持久壽命呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。對(duì)于B組合金,Co元素的加入并不增加合金在900 ℃C*時(shí)效過程中γ’的粗化速率。因此B組合金在900 ℃C*時(shí)效的過程中,粗化速率與第3代鎳基單晶高溫合金處于同一數(shù)量級(jí)(10-5μMm3/h)。

Co元素的加入減弱了原子間交互作用(混合焓和鍵焓),同時(shí)也降低了合金的1050 ℃/120 MPa持久壽命。在1050 ℃/120 MPa持久過程中,A組合金和B組合金的γ’均呈現(xiàn)N型筏化。對(duì)于C組合金,持久壽命同樣可以用鍵焓表征。此外,在1100℃/137MPa持久實(shí)驗(yàn)和1000℃/219MPa持久實(shí)驗(yàn)中,C組合金的γ’呈現(xiàn)N型筏化。但在760 ℃/780 MPa持久實(shí)驗(yàn)中,C組合金的γ’沒有出現(xiàn)筏化。同時(shí),C組合金的7.86Co合金和12.57Co合金的1000 ℃/219 MPa持久壽命優(yōu)于DD407。承溫能力與平均鍵焓存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系,TC(K)=-4071.852XIave-1867.180,其中Iave為平均鍵焓(eV/bond),可以利用平均鍵焓對(duì)承溫能力進(jìn)行預(yù)測(cè)。成分式設(shè)計(jì)方法的確能夠有效指導(dǎo)高溫合金的研發(fā)。

工程材料廣泛應(yīng)用于建筑工程、空天、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造、能源化工等領(lǐng)域,均涉及到材料在高溫與超高溫(HT&UHT)環(huán)境下的服役,彈性模量是重要的力學(xué)性能參數(shù)之一,準(zhǔn)確地測(cè)試評(píng)價(jià)工程材料的HT&UHT彈性模量對(duì)高溫材料的研制、高溫構(gòu)件的經(jīng)濟(jì)合理設(shè)計(jì)與安全服役至關(guān)重要。然而,在材料HT&UHT彈性模量測(cè)試技術(shù)研究領(lǐng)域,仍存在一些亟待解決的問題,例如:尚未建立塊體材料、厚壁管材與涂層材料HT&UHT彈性模量的測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)。本文基于相對(duì)法技術(shù)和材料力學(xué)理論,針對(duì)以上三種材料制品形式,提出了HT&UHT彈性模量測(cè)試方法,并基于此研究了一些典型工程材料彈性模量—溫度的演變規(guī)律及其變化機(jī)制。首先,本文利用相對(duì)法技術(shù)實(shí)現(xiàn)了塊體材料HT&UHT變形的準(zhǔn)確測(cè)量,繼而實(shí)現(xiàn)了塊體材料HT&UHT模量的測(cè)試評(píng)價(jià)。i)結(jié)合三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)與四點(diǎn)彎曲試驗(yàn),提出了相對(duì)三點(diǎn)彎曲法與相對(duì)四點(diǎn)彎曲法(統(tǒng)稱為撓度修正法),即將去除下支承輥的梁試樣作為參比試樣,利用參比試樣的橫梁位移增量扣除試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)誤差,然后通過彎曲試樣與參比試樣的橫梁位移間接測(cè)得梁試樣的真實(shí)撓度變形,代入所推導(dǎo)的計(jì)算公式可得梁試樣的HT&UHT彈性模量。氧化鋁陶瓷室溫~1300°C彈性模量測(cè)試結(jié)果表明,脈沖激勵(lì)技術(shù)(IET)與撓度修正法測(cè)得的彈性模量—溫度變化曲線基本*;且IET測(cè)試結(jié)果較撓度修正法測(cè)試結(jié)果略大(符合文獻(xiàn)報(bào)道),由此證明了撓度修正法的正確性與可靠性。

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