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氢辅助失效验证凝固亚结构在脆性中的作用
导读,通过一系列拉伸试验,研究了氢对激光粉末床熔法(LPBF)制备的Inco,经过两种不同方式的热处理后,测试了直接时效(DA)和均匀化+时效(HA)试样,微观结构表征表明。
DA试样中存在一种凝固亚结构,包括高密度的位错和沉淀,而HA试样中不存在这种亚结构,DA试样表现出相对较高的强度,但抗氢脆性较低,通过对氢辅助裂纹的统计分析。
DA试样的严重氢脆被证明是无滑移局部化辅助时发生的,此外,讨论了热处理后微观结构的变化及其对氢捕获位置的影响,直接时效(DA)试样与均匀化+时效(HA)试样相比,具有更高的强度,但耐氢脆性较低,与HA试样相比,DA试样中的氢辅助晶间开裂(IG)在没有滑移局部化。
这表明DA试样中有高密度沉淀(和GBs)修饰的细胞,Inconel 718是一种沉淀强化镍基高温合金,由于其高温强度以及优异的耐腐蚀和氧化性能的良好结合,已用于石油和天然气工业、核反应堆、燃气轮机和航空发,由于Inconel 718的工业应用要求金属部件具,增材制造(AM)成为一种有前途的技术。
为了阐明这一点,韩国忠南大学的科研团队通过进行两种不同的热处理,制备了AM Inconel 718试样,并通过一系列拉伸试验检查了其HE敏感性,研究成果以题为“Hydrogen-assisted,由于Inconel 718的结构成分可能暴露于各种,因此研究氢对AM合金力学性能的影响至关重要。
尽管对AM合金进行了一些氢脆化(HE)研究,但对凝固亚结构对合金HE行为的影响仍缺乏系统的了解,通过Ag修饰技术发现,与细胞边界本身相比,在DA试样中用沉淀剂修饰的细胞边界(和GBs)更容,从而促进氢增强减聚的脱粘,这些观察结果表明LPBF诱导凝固亚结构处的沉淀物决。
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NS336耐蚀合金材质成分介绍
Inconel 617,625 较 600,690 合金有着更好的持久性能且未发现有应力腐蚀开,与 Inconel 718 相比有着优异的耐蚀性能,组织及力学性能稳定,Inconel 617 合金随耐蚀性能优异,但合金中加入了大量的 Co 元素,成本较高[24]。
不符合我国可持续发展 的目标,并且在接触中子辐照部位有安全隐患,Inconel 625 合金中添加了 Nb 元素,使得合金有良好的持久性能,22%Cr 与 9%Mo 含量使合金有着良好的高温,金属镍有着优异的耐蚀及抗氧化性能。
合金中含有 22%的铬元素及 8%的钼元素,提高了合金的电极电位,即耐蚀性,高温服役过程中,晶界 NbC 首先与 Mo、Fe 元素发生反应。
生成 M6C 或 M7C3型复合碳化物,既而与 Cr 元素进一步反应,转变为富含 Cr 元素的 M23C6型复合碳化物,造成晶界处 Cr 及 Mo 元素的贫化,使得合金敏感化,易发生晶间腐蚀及应力腐蚀。
此外,γ''及δ-Ni3Nb 相在强氧化性环境中会优先于,而溶解于介质中,导致合金材料失效,Ns336(Inconel 625)在海水中也有很。
在暴露1年、4年和7年的Ns336试样上没发现腐蚀,但在暴露2年的试样上发现深度为0.08 mm的蚀点,蚀点在机械划伤处,文献[3]认为,Ns336在海水中的耐蚀性与Ns334、Ns335。
是通常所知的在海洋环境中最耐蚀的结构材料,在耐蚀性方面唯有钛合金可与之媲美,结果表 明,机械划伤增加了Ns336对点蚀的敏感性,Hastelloy G和GHl8l在海水中显示了好,Hastelloy G暴露2~7年最大点蚀深度O.,最大缝隙腐蚀深度o.12 mm。
Hastelloy G暴露4年的试样上的点蚀发生在,表明机械划伤处对点蚀较敏感,GHl8l在全浸区暴露1年,没发生局部腐蚀,暴露2—7年,试样上有较浅的点蚀,最大深度O 05 mm。
暴露期间的最大缝隙腐蚀深度0 14 rnm,由于点蚀和缝隙腐蚀的随机性及机械划伤、生物污损影响,镍合金的点蚀深度和缝隙腐蚀深度与时间的关系是不规律,腐蚀速率镍合金在海水中的腐蚀速率(由失重计算)较低,局部腐蚀较重的Monel 400,Nsll2,Ns312腐蚀速率小于lo“n∥a,耐蚀性好的镍合金腐蚀速率小于o 029 “rr∥a。
镍合金在海水中因局部腐蚀而遭到破坏,而用腐蚀失重计算的腐蚀速率意味着均匀减薄,用腐蚀速率判断镍合金的耐蚀性无实际意义,Nsll2和Ns312的沟槽腐蚀、隧道腐蚀以点蚀或,沿重力方向发展。
沟槽腐蚀、隧道腐蚀发展很快,沟槽腐蚀的形貌是明显的蚀沟,隧道腐蚀则是隐伏的,多半不露出表面,基体内腐蚀,表面留下未受腐蚀的薄膜。
Ns312(Inconel 600)在海水中的腐蚀,它在全浸区暴露2年的最大点蚀深度为0 38 mm,暴露4年,Ns312发生沟槽腐蚀,最大深度达3.42mm,暴露7年因沟槽腐蚀穿孔(原始厚度4.2 mm),暴露2年的最大缝隙腐蚀深度为0.62mm,7年为2.52mm。
Nsll2(Incoloy 800)在海水中的腐蚀,它的腐蚀类型为点蚀、隧道腐蚀和缝隙腐蚀,见图b,它在海水中暴露1年即因隧道腐蚀和缝隙腐蚀穿7L(试,暴露4年腐蚀沟槽的长度超过loo mm,高温服役初期,γ''相的析出使得合金材料硬化。
时间延长,δ相形成,碳化物逐渐转变、增多,使得晶界连续,此外,加之 TCP 等有害相得析出,合金塑韧性明显下降,合金断裂方式逐步转变为沿晶断裂。
在海水全浸区暴露的Monel 400发生点蚀和缝隙,点蚀呈坑状(见图a),它开始暴露的2年点蚀发展较快,2年后点蚀速度减慢,它暴露2年的最大点蚀深度O 46 mm.暴露7年为。
暴露2年和7年,最大缝隙腐蚀 深度分别为O 43mm和0 56mm,MoneI 400试样侧边的点蚀密度、点蚀深度都比,侧边的最大点蚀深度比正面深O 2 mm,这是由于机械加工造成试样侧面的残余应力,残余应力增加了Monel 400对点蚀的敏感性。
Ns334(Hastelloy c-276)、Ns,暴露7年,这3种镍合金均没有出现腐蚀痕迹,稳定化处理:又称:二次固溶处理,预时效处理,在添加稳定化元素(Ti、Nb、 Ta 等)的合金中,目的是使稳定化元素以碳化物的形式适量析出,钉扎晶界。
阻止合金在服役中发生粗化,提高合金抗软化能力,稳定化的温度低于固 溶温度,也低于 TiC、NbC、TaC 的溶解温度,高于其他元素的溶解温度。
在这样的 温度下,TiC、NbC、TaC 得以析出,可以有效抑制晶粒长大,同时还可进一步溶解及 均匀其他合金元素,时效处理:对固溶处理后的材料在某一温度下保温,在此过程中。
过饱和固溶体 分解,析出细小的弥散分布的第二相颗粒从而改变材料性能,在镍基合金中,时效强 化型合金主要以γ'或γ''相强化,其中γ'相可通过时效处理析出,γ''相在时效处理过程中 析出缓慢(>8h 开始析。
γ'或γ''相与基体呈共格关系,产生极大的共格应力场,位 错采用切过机制越过颗粒,这个过程使得合金强度硬度大幅提高,通常时效温度 600 〜900C,不同温度下时效,析出相的尺寸不同。
形态也稍有差异,部分合金为了有 良好的性能,也采用双级时效的工艺,以析出不同尺寸的γ'相,由于γ'相有高温回溶的 特性,时效工艺的选择不应只考虑室温强度硬度,还需考虑材料的服役温度,特殊热处理:主要是指弯曲晶界的特殊热处理工艺。
典型的弯曲晶界热处理采用 的是:控冷处理、回溶处理,添加在固溶处理的基础上,处理后可以得到 弯曲的晶界,对裂纹的扩展造成阻力,增加合金抗蠕变和持久性能,提高塑性,NS3306(NS336)为 Ni-Cr-Mo 耐。
具有耐氧化-还原复合介质、 耐海水腐蚀特性,且热强度高,NS3306 与美国 ASTM 标准中的 N066,镍是重要的有色金属,不仅具有很高的强度和塑性,还有良好的耐蚀性,镍及镍合金 常用于石油化工设备制 造、 核反应堆 。
Inconel 625 作为新一代高强度耐腐蚀高温,有着优异的耐蚀性能,镍合金在海水中的耐蚀性相差很大,Ns334,Ns335.Ns336,GH3128在海水中有很好的耐蚀性,Hastelloy G和 GHl8l有好的耐蚀性。
机械划伤、加工残余应力增加镍合金对点蚀的敏感性,镍合金在潮汐区的耐蚀性比全浸区好,在全浸区耐蚀性好的镍合金在潮汐区的耐蚀性也较好,海生物污损对Nsll2和Ns312在海水中的腐蚀有,NS334,Ns335,Ns336,GH3128。
Hastelloy G和GHl8l能免于污损海生物。
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