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Incoloy800H無縫管生產(chǎn)拉伸強度沿著水平方向高于豎直方向,大約5.2%。4)通過對比SLM成形過程中激光能量分布方式發(fā)現(xiàn),采用均勻光斑獲得的寬深比遠大于采用高斯激光光斑模式。同時,在單道橫截面上均可以觀察到對流現(xiàn)象。采用整形的均勻光斑在單晶基板上成形出鎳基單晶合金,并獲得3mm的單晶組織。提出了 SLM條件下形核數(shù)新的數(shù)學模型,該模型針對增材制造層層疊加的特點,考慮激光引起的對流效應及雜質引入,很好的解釋了 SLM外延生長特點。5)探究了不同激光模式下的硬度隨溫度變化的規(guī)律。在低溫工作區(qū),低于400℃,由于高斯光斑引起的晶粒細化作用起到主導作用,硬度較高;當溫度超過400℃時,采用均勻光斑獲得的較少晶界的組織的硬度更高。6)SLM成形的Inconel718呈現(xiàn)為γ奧氏體形態(tài),同時獲得一種由Fe2Ti、Fe2Mo、Cr2Nb、Fe2Nb 等,可以縮寫成(Ni,Fe,Cr)2(Nb,Ti,Mo)組成的 Laves。采用 TEM 分析,發(fā)現(xiàn)在在SLM成形Inconel 718合金中存在互相平行分布的短棒狀結構的Ni3Nb-γ",長度在15-50nm之間,直徑約為5nm。7)發(fā)現(xiàn)了兩種SLM成形件高溫拉伸的失效機制缺陷。

無錫國勁合金*生產(chǎn)4J36、N4、Inconel601、253MA、Alloy20、Incoloy926、Incoloy800HT、Inconel625、GH3030、310S、HastelloyB-2、Nickel201、C-276等材質。

Co-Al-W基合金中γ’相強化機制的發(fā)現(xiàn)顯著提高了鈷基高溫合金的承溫能力,為發(fā)展新型鈷基高溫合金開辟了道路。然而,目前國內外針對新型鈷基高溫合金的研發(fā)主要集中在合金化元素對組織與性能的影響以及合金元素篩選方面;而對于其變形機制,特別是高溫下的蠕變行為研究還非常有限。因此,新型鈷基合金高溫蠕變變形機制成為對提高鈷基高溫合金承溫能力至關重要卻仍未解決的關鍵科學問題。本論文以不同Ta和Ti含量的Co-Al-W基單晶合金為研究對象,研究了Ta和Ti的單獨及協(xié)同作用對γ’相粗化長大行為、蠕變性能等承溫能力的影響。以同時含有Ta和Ti元素的Co-Al-W-Ta-Ti單晶合金為研究對象,研究了鈷基單晶合金在高溫蠕變過程中微觀組織及位錯組態(tài)的演變,揭示了γ’相強化鈷基高溫合金高溫蠕變變形機制。

通過XRD、SEM、EDS等設備儀器進行產(chǎn)物形貌、成分及物相的相關測試分析,研究Super304H和HR3C兩種奧氏體鋼的腐蝕行為同煤灰、煙氣和溫度等因素對其耐腐蝕性能進行比較,探討合金材料的腐蝕機理。在650、700℃下SO2/煤灰協(xié)同作用時,Super304H和HR3C兩種合金的腐蝕過程相類似,初期在合金-硫-氧體系中生成氧化物、硫化物,動力學曲線呈上升趨勢;隨著腐蝕進行,煤灰中硫酸鹽與金屬氧化物生成熔融態(tài)復合硫酸鹽,使產(chǎn)物層破壞、剝落引起動力學曲線的下降。在同樣的腐蝕工況下,HR3C鋼抗高溫SO2/硫酸鹽煤灰的腐蝕能力高于Super304H鋼。HR3C合金于氣氛/X煤灰和氣氛/Y煤灰環(huán)境中腐蝕輕微,耐蝕性良好;HR3C鋼的Cr（25%）含量較高,在SO2/現(xiàn)場灰（X煤灰、Y煤灰）中腐蝕產(chǎn)物主要為Cr2O3和Fe2O3,在合成煤灰中生成了Fe2O3和Cr2O3以及尖晶石類化合物（NiFe2O4、CrFe2O4）和硫酸鹽類化合物Fe2（SO4）3;合金于650℃,0.15%SO2下在三種煤灰環(huán)境中腐蝕生成量較少,產(chǎn)物層均較薄,隨溫度和SO2含量的增加HR3C合金在Y煤灰的產(chǎn)物層較X煤灰的有所加厚,在合成煤灰環(huán)境中出現(xiàn)產(chǎn)物明顯剝落。

Incoloy800H無縫管生產(chǎn)激光熔覆所設定的工藝參數(shù)使每一層的雜晶在下一層的熔覆過程中重熔,從而得到與基體晶體取向*的枝晶與單晶組織。(5)*發(fā)現(xiàn)了激光3D打印成形樣品中枝晶的偏轉現(xiàn)象,EBSD的測試結果表明這種枝晶偏轉帶來的晶體學取向變化超過20°,破壞了單晶取向的*性。結合理論計算的研究結果表明,枝晶彎曲現(xiàn)象歸因于表面張力驅動的熔池對流所導致的枝晶迎流生長。根據(jù)迎流生長的特點,給出了適當增加熔覆層厚、提高搭接區(qū)域占比的解決方案,并成功地抑制了枝晶偏轉及其晶體取向變化。(6)在有限元軟件中建立了激光熔覆過程實時模擬模型,并提出了一種金屬材料激光成形過程的原位預熱方法。該方法是通過控制激光成形過程的邊界條件、激光功率、激光掃描速度、激光光斑大小、激光開光間歇時間等參數(shù),實現(xiàn)加工過程的原位預熱。這種原位預熱方法,不需要額外設計電阻加熱或感應加熱裝置,便可實現(xiàn)超過1000 ℃的預熱?；谶@種原位預熱方法,成功制備了較大尺寸、無裂紋、無熱處理再結晶的單晶高溫合金塊體試樣。(7)對激光成形單晶與傳統(tǒng)定向凝固制備單晶的組織及性能進行了對比分析。結果表明,固溶處理使得激光成形單晶的γ’相形貌變得不規(guī)則。經(jīng)過固溶及時效后,激光成形單晶合金中γ’相尺寸偏大、體積分數(shù)偏低,由此導致了激光成形單晶的屈服強度和抗拉強度均略低于定向凝固的單晶合金,但激光成形單晶合金的塑性較好。

鍍膜工藝作為離子刻蝕光柵制造技術的關鍵工藝之一,與材料表面潤濕性問題有關。因此,我們用分子動力學模擬的方法研究了金屬液滴的表面潤濕現(xiàn)象和融合行為。結果表明,Ag液膜在粗糙基底上會發(fā)生反潤濕現(xiàn)象,并終脫離基底,這一現(xiàn)象受到液膜的形狀、尺寸和表面的粗糙度等因素的影響。金屬液滴在不同種類的金屬基底表面潤濕性差異巨大,這主要是由液體-基底之間的相互作用決定的。進一步研究異種元素液滴的融合時,發(fā)現(xiàn)存在“水平融合"或“垂直融合"兩種融合機制,這與基底表面的粗糙度所控制的潤濕性有關。因此,可以通過改變材料表面的粗糙度和微觀結構調整液滴的潤濕性,從而使得液滴在基底表面能夠較好的鋪展,有利于改進鍍膜工藝。通過實驗驗證,發(fā)現(xiàn)減小基底粗糙度,提高蒸鍍溫度,減小基底溫度,采用二次鍍膜技術,均有利于提高膜層的均勻性和穩(wěn)定性。(3)使用由新的鍍膜技術開發(fā)的光柵以及由低膨脹鑄鐵合金作為支架的光學系統(tǒng),設計了全新的光譜儀。其光學系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性達到±5μm,譜線中心位置漂移不超過1個像元,不加恒溫的情況下仍能進行較穩(wěn)定的分析;其衍射效率超過進口光柵,在紫外波段元素N、P、S、C仍能夠獲得較好的分析;它還*突破了相態(tài)的局限性,可對粉末狀的樣品,如土壤中的元素N、P、K、Pb、Sb、Cd、As、Sn進行分析,為儀器進入環(huán)保領域奠定理論和技術基礎。

從熵的角度研究多組分合金,將材料科學的探索和認知提升至了全新的高度。統(tǒng)計物理學上,熵是材料排列混亂程度的量度,對應材料的“無序度"。高的混合熵和高的合金化元素含量的多組分合金材料,傾向于形成非晶或固溶體等高熵無序相結構。因此,無論是非晶合金的“混亂原理"還是高熵合金的“高熵效應",都與熵有著密切的。本論文針對熵對多組分合金組織結構和性能的影響,研究了 AlxCoCrFeNi系多組元高熵合金的離子輻照性能和含Ni多組元合金的高溫氧化性能。本論文主要涵蓋以下內容:(1)采用真空電弧熔煉方法制備的Al0.1CoCrFeNi、Al0.75CoCrFeNi和Al1.5CoCrFeNi三種合金,其主要的相組成與CALPHAD相圖計算的結果*。隨著Al元素含量的增加,AlxCoCrFeNi系多組元高熵合金由FCC結構過渡到BCC結構,Al0.1CoCrFeNi是單相FCC結構;Al0.75CoCrFeNi是FCC + B2結構;Al1.5CoCrFeNi是A2 + B2結構。研究表明,Al元素能夠促進多組元合金中BCC相結構的穩(wěn)定。

對合金熱處理實驗結果表明,合金在750℃兩相區(qū)固溶處理后原始β相會析出點狀和條狀的初生α相,初生α相隨固溶溫度的升高至β單相區(qū)而消失。而500℃/8h時效處理后合金會析出針條狀的次生α相。熱處理后合金的顯微硬度具有組織敏感性:固溶后的顯微硬度隨著溫度的提高呈先升高后降低,而時效后合金由于時效過程中析出細小針條狀次生α相而使硬度進一步提高至496.8HV。兩相區(qū)固溶后,Cu元素在初生α和β相中的分布不均勻,其在初生α中含量較少,但在β相中含量較多且更均勻。而500℃時效處理后,合金中會發(fā)生共析反應:β→Ti2Cu+α（次生）,因此形成富銅Ti2Cu顆粒組織。

然后結合高溫拉伸試驗研究了合金的超塑性力學行為及變形機制。主要研究內容和結果如下:為了制備出適合超塑變形的均勻細小顯微組織,利用單軸壓縮及應力松弛試驗對高鈮TiAl合金的動態(tài)/亞動態(tài)再結晶動力學開展研究。結果表明,高鈮TiAl合金的顯微組織對熱變形十分敏感,再結晶極易發(fā)生但動力學較慢,整體呈現(xiàn)出爆發(fā)式形核而有限長大的特征,從而有利于細化組織。而同樣很慢的亞動態(tài)再結晶動力學使得合金鍛餅可以通過道次間退火的方法消除變形死區(qū),進而獲得均勻的顯微組織分布。另外發(fā)現(xiàn)當在（α+β）相區(qū)進行熱等靜壓或鍛造變形時,合金中的β/B2相含量顯著提高,即熱力耦合作用對β/B2轉變具有明顯的抑制作用。利用該效應能夠實現(xiàn)對合金中β/B2相含量的調整。在上述研究的基礎上制定了合金的開坯鍛造工藝,獲得了具有相似成分但不同相組成（（α2+γ）合金與（β/B2+γ）合金）的高鈮TiAl合金鍛餅,為高鈮TiAl合金細晶超塑性的研究奠定了材料基礎。在應變速率為10-4 s-1、溫度為8501050℃的條件下對兩種合金進行了高溫拉伸試驗。

經(jīng) 80%B2O3+20%Na2B4O7 和 50%CaF2+45%AlF3+5%CaO+微量(A12O3+MgO)復合鹽凈化處理后,GH4169返回料合金的氧氮含量大幅度降低至新料的氧氮含量水平,大尺寸的A1203和TiN被熔融凈化劑吸附去除,主要合金元素含量均在GH4169合金標準成分的范圍內。隨著過熱溫度的增高,K418合金返回料中氧氮含量均不同程度地降低,在1500℃時達到低值17ppm和15ppm,比返回料合金分別降低5.6%和75.4%,主要合金元素均在K418合金的標準成分范圍內。隨著返回料比例增加,含返回料K418合金的氧含量逐漸降低,而氮硫碳含量呈現(xiàn)增高趨勢,主要組成元素均在K418新料合金成分范圍之內變化;枝晶間區(qū)域內漢字狀碳化物MC的數(shù)量減少、尺寸減小,共晶γ+γ’數(shù)量增多;二次枝晶臂距值減小,屈服強度σ0.2和極限強度σb增加,總應變量εt和塑性應變量εp保持相對穩(wěn)定。