高溫合金是一種普遍應(yīng)用于國(guó)防、能源、核工業(yè)等領(lǐng)域的高溫結(jié)構(gòu)材料,提高其抗氧化性對(duì)發(fā)展和改進(jìn)鐵基高溫合金具有重要的意義。在石油、化工、冶金等行業(yè)中,多數(shù)機(jī)械零部件的工作條件十分惡劣,對(duì)所使用材料提出了更高的要求。在實(shí)際工況中,磨損、腐蝕、氧化等行為往往發(fā)源于運(yùn)動(dòng)副的接觸表,利用*的表工程技術(shù)在機(jī)械零部件表制備具有優(yōu)良耐磨、耐蝕且抗氧化性能的涂層是解決基材固有性能缺點(diǎn)經(jīng)濟(jì)、靈活和有效的方法之一。

 無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司主營(yíng)：

哈氏合金：C-276、C-22、C-2000、G30

高溫合金：GH4169、GH3030、GH3039、GH4145、GH2132、GH3128、GH3044、GH3536、GH4033、GH8367、GH4133、GH5605、GH1140、GH2036、GH4090、GH4648、GH2747、GH1131、GH5188

耐蝕合金：NS312、NS334、NS333、NS321、NS322、NS336、NS313、NS143、NS142、NS111、NS112、NS335、

  在探索和研究新型合金涂層的過(guò)程中,采用混合元素法進(jìn)行激光熔覆,使得合金涂層的成分設(shè)計(jì)更加柔性化。本文采用鎳基固溶體增韌的思想,以Ni、Si、Mo、Cr元素粉末為原料設(shè)計(jì)合金成分,*用同步送粉法和預(yù)置法制備了激光熔覆y-Ni/Mo2Ni3Si合金涂層。利用OM、SEM、EDS、XRD等方法分析合金涂層的顯微組織及物相組成；采用顯微硬度計(jì)測(cè)量涂層硬度、評(píng)價(jià)涂層韌性；將涂層在不同實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行耐磨、耐腐蝕及抗高溫氧化性能測(cè)試,并分析相關(guān)機(jī)理。研究結(jié)內(nèi)容主要包括以下方：(1)對(duì)同步送粉法粉末的輸送特性NO10276圓鋼現(xiàn)貨供應(yīng)在SmCo7-xSix和SmCo7-xSixZr0.2合金中，當(dāng)Si含量x≤0.45時(shí)，在室溫附近，約285-380K的溫度范圍內(nèi)，起始磁化曲線外置于*象限中的磁滯回線采用數(shù)值模擬替代大量試驗(yàn),可以明顯降低工藝探索成本,縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期試驗(yàn)結(jié)果表明,仿真模型正確進(jìn)行理論分析及試驗(yàn)研究,理論分析載氣流量和粒徑大小對(duì)粉末輸送特性的影響,試驗(yàn)測(cè)定粉末的出口速度及粉末在基材熔池的概率分布,并探討送粉電壓的影響。(2)探討所形成激光熔覆涂層的厚度和寬度隨激光功率和掃描速度的變化規(guī)律,在優(yōu)選工藝參數(shù)下進(jìn)行激光熔覆,結(jié)合粉末在基材熔池的概率分布,提出“概率法"修正合金涂層的混粉配比,設(shè)計(jì)試樣編號(hào)為N60合金的成分(wt.%)為：mNi=56.3%、mMo=36.6%、mSi=7.1%。能譜分析證實(shí),修正后的N60合金涂層,提高了Si元素的含量,減少了與理論成分的偏離。

  采用4%PVA溶液預(yù)置粉末,不同成分配比的合金涂層均由y-Ni及Mo2Ni3Si組成,隨著涂層中Ni元素含量由65%降到50%,Mo2Ni3Si增強(qiáng)相的含量從31.7%增至70.3%,涂層的平均顯微硬度也隨之升高。對(duì)于N50-Cr涂層,Cr元素的加入主要作為固溶元素存在,涂層顯微硬度達(dá)660.6 HV。激光熔覆Mo2Ni3Si合金涂層的耐磨性能相比基材有了大幅提升,磨損失重量隨著Mo2Ni3Si體積分?jǐn)?shù)的增加而降低?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行了接頭形成分析，比較了大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)煞N焊接規(guī)范接頭的性能，并總結(jié)了常見(jiàn)焊接缺陷工程應(yīng)用中不少錠型均勻化不*,甚至含有殘留Laves相由于合金涂層平均硬度較高且具有良好的強(qiáng)韌性配合,表劃痕較淺,以顯微切削為主。試驗(yàn)載荷及相對(duì)滑動(dòng)速度的增加,對(duì)合金涂層磨損量影響較小。(5)以0Cr18Ni9Ti不銹鋼為對(duì)比標(biāo)樣,對(duì)激光熔覆γy-Ni/Mo2Ni3Si合金涂層在3.5 wt.% NaCl溶液、0.5 mol/L H2SO4、1 mol/L HaOH溶液中進(jìn)行電化學(xué)腐蝕及浸泡腐蝕試驗(yàn),合金涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性能。(6)在973 K溫度下進(jìn)行恒溫氧化120 h,所測(cè)涂層的抗氧化能力依次為：N60<N55<N50,氧化膜主要由NiO、MoO3、Fe2SiO4組成。合金涂層在773 K溫度下基本不發(fā)生氧化,在1173K進(jìn)行恒溫氧化時(shí),N50-Cr試樣抗氧化性能好,表氧化膜更加致密,主要由具有尖晶石結(jié)構(gòu)的NiCr2O4組成。上述研究為固溶體增韌三元硅化物合金在表工程上的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

鎳基合金：Inconel718、Inconel600、Inconel625、Inconel601、Inconel617、alloy20、in690、x-750、1.4529、AL-6XN、Inconel926、Inconel925、Inconel800H、NO8020、NO8028、NO2080、NO10276、NO600、NO6601、NO6625、NO6690、NO7718、NO8825、NO7750、NO10665、NO10675

精密合金：4J36、4JI29、1J79、1J85、1J22、1J50、1J30、4J33、4J32

鎳銅合金：蒙乃爾400、蒙乃爾K500、蒙乃爾405、NO4400、NO5500、Monel400、MonelK500

特殊材料：17-4PH、1-7PH、15-5PH、254smo、253-MA、XM-19、XM-18、S21800

  對(duì)鐵基高溫合金GH2132進(jìn)行450℃低溫等離子體滲氮。利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射技術(shù)分析研究滲氮層組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。結(jié)果表明:滲氮層由高硬度且耐蝕性更好的奧氏體基過(guò)飽和氮固溶體,即膨脹奧氏體γ_N相組成。γ_N相的點(diǎn)陣參數(shù)由表及里沿滲層深度逐漸降低,且點(diǎn)陣膨脹相對(duì)于基體奧氏體呈各向異性。滲層厚度約23μm,呈雙滲層結(jié)構(gòu),即形成了內(nèi)擴(kuò)散層。 

  對(duì)A286鐵基高溫合金進(jìn)行固溶溫度+時(shí)效兩段式熱處理工藝優(yōu)化研究。采用固溶熱處理制度為930~1020℃/4 h/WC,固溶時(shí)間為0~4 h。合金時(shí)效研究采用640~790℃/4 h/AC熱處理;在時(shí)效溫度730℃條件下,研究0~16 h時(shí)效時(shí)間對(duì)合金組織及性能的影響。結(jié)果表明:隨著固溶溫度上升和時(shí)間延長(zhǎng),NO10276圓鋼現(xiàn)貨供應(yīng)其次，在SmCo6.7Zr0.3合金基礎(chǔ)上，添加Si元素，獲得了具有高矯頑力、高抗氧化性及高抗腐蝕性的TCu7型Sm(Co,Si,Zr)7合金GH4169高溫合金組織和性能的影響規(guī)律，并使用數(shù)值模擬的方法對(duì)成形過(guò)程的充填及等效應(yīng)分布等情況進(jìn)行了分析，預(yù)測(cè)了渦輪盤件鍛造載荷的情況實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在不同主軸轉(zhuǎn)速條件下，有限元模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合合金晶粒尺寸有一定程度長(zhǎng)大,但硬度逐漸下降;隨著時(shí)效溫度提高及時(shí)間延長(zhǎng),合金的硬度先升高而后降低;在固溶熱處理過(guò)程中,合金隨著固溶處理溫度提高及時(shí)間的延長(zhǎng),γ’正電子壽命譜結(jié)果表明，隨著P含量的增加，合金基體和晶界缺陷處的自由電子密度降低，這些地方的金屬鍵結(jié)合力降低以Ni2為中間層對(duì)GH4169高溫合金進(jìn)行了連接，重點(diǎn)分析了接頭界面結(jié)構(gòu)相回溶入基體;當(dāng)固溶后的時(shí)效溫度提高至700℃才析出γ’強(qiáng)化相;隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng),析出的γ’強(qiáng)化相發(fā)生粗化;合金時(shí)效γ’強(qiáng)化相粗化過(guò)程符合Ostwald熟化長(zhǎng)大規(guī)律,計(jì)算值與實(shí)際值相關(guān)系數(shù)大于97%;同時(shí),確定了的熱處理工藝制度。 

  半個(gè)世紀(jì)以來(lái),以γ″和γ相強(qiáng)化的Ni-Fe基高溫合金Inconel 718（GH4169）由于其優(yōu)異的力學(xué)和工藝性能,在650℃以下的高溫環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用.本文采用熱力學(xué)計(jì)算以及合金設(shè)計(jì)理論與大量的力學(xué)性能相結(jié)合,不僅在常規(guī)熱處理并且在高溫*時(shí)效狀態(tài)下來(lái)研究主要強(qiáng)化元素Nb.Ti,Al和雜質(zhì)元素P,S以及微合金化元素Mg的作用.采用金相,SEM,TEM,EDS,SAED以及電解萃取和相化學(xué)分析等綜合分析方法,對(duì)各類析出相γ″,γ,δ,δ″,σ和α-Cr進(jìn)行定性的分析,同時(shí)亦采用Auger能譜儀分析晶界元素的偏聚行為.研究結(jié)果表明,為提高GH4169原型合金的性能,主要強(qiáng)化元素Nb應(yīng)控制在高限（5.4%—5.5%）,降低S到10×10-6以下,柱狀晶區(qū)枝晶斜向上生長(zhǎng),枝晶間區(qū)域分布較為均勻 采用富氧燃燒實(shí)驗(yàn)方法,通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和能譜儀等手段對(duì)GH4169和GH4202高溫合金燃燒試樣進(jìn)行分析,建立合金燃燒質(zhì)量、熱量和氧傳輸模型,探究?jī)煞N合金的富氧燃燒機(jī)理并提出提高新型高溫合金抗燃燒性能的措施.結(jié)果表明:GH4202與GH4169合金在富氧條件下均發(fā)生燃燒,GH4202抗燃燒性能優(yōu)于GH4169;兩種合金以液相進(jìn)行燃燒,在合金燃燒前沿存在由未*燃燒的金屬顆粒和氧化物組成"燃燒層",燃燒層中合金元素的燃燒行為是決定合金整體燃燒的關(guān)鍵性因素;合金元素在燃燒前沿呈現(xiàn)"選擇性燃燒"規(guī)律,N、Ti、Al、Cr等元素易于與氧發(fā)生燃燒,Ni滯后燃燒且燃燒熱低,起到良好的抗燃燒作用提高P至150×10-6以下,并添加適量的Mg.為提高GH4169合金的使用溫度到680℃甚至更高,必須通過(guò)合金化的途徑來(lái)提高主要強(qiáng)化相γ″/γ的高穩(wěn)定溫度和控制晶界析出相.為此,680℃或更高一點(diǎn)溫度使用的改進(jìn)型GH4169合金中Nb仍應(yīng)控制在高限（5.4%—5.5%）,S控制到10×10-6以下,P提高到150×10-6,配合適量的Mg微合金化,同時(shí)要提高Al含量至1.0%—1.5%,Ti含量不變?nèi)钥刂圃?%左右,改進(jìn)型GH4169合金不僅在650℃以上顯示出優(yōu)良的高溫組織穩(wěn)定性,并且亦提高了高溫力學(xué)性能。

  DZ483合金是*代定向凝固鎳基高溫合金,主要應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)中。由于合金在定向凝固過(guò)程會(huì)造成枝晶偏析,這就要求對(duì)合金進(jìn)行合理的熱處理來(lái)改善合金的組織及力學(xué)性能。近幾十年來(lái),磁場(chǎng)熱處理技術(shù)得到廣泛的關(guān)注,尤其是磁場(chǎng)下鐵磁性合金的熱處理研究取得了豐碩的成果。目前,人們對(duì)磁場(chǎng)下非鐵磁性合金固態(tài)相變行為的研究非常有限。因此,本文以非鐵磁性材料DZ483鎳基高溫合金為研究對(duì)象GH4169高溫合金的本構(gòu)方程及微觀組織演模型,通過(guò)遺傳算法結(jié)合熱模擬壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行求解;對(duì)有限元模擬軟件DEFORM-3D進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),模擬工件的鐓粗成形,得到了工件平均晶粒尺寸和再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)的分布情況,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析為了更準(zhǔn)確地預(yù)估高溫材料的低循環(huán)疲勞裂紋萌生壽命,將低循環(huán)疲勞的裂紋萌生過(guò)程視作損傷累積過(guò)程,基于連續(xù)損傷力學(xué)建立了損傷累積模型,分別研究靜磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)對(duì)DZ483合金固態(tài)相變行為及力學(xué)性能的影響。同時(shí),探討磁場(chǎng)作用下合金元素Al,Cr在Ni中的擴(kuò)散行為。采用靜磁場(chǎng)研究DZ483合金固態(tài)相變行為。研究發(fā)現(xiàn),磁場(chǎng)熱處理使合金中γ相尺寸略有減小,抑制γ相由球形轉(zhuǎn)為立方形。延長(zhǎng)時(shí)效時(shí)間,磁場(chǎng)時(shí)效處理使枝晶間γ相呈頂角鈍化的立方形析出,而無(wú)磁場(chǎng)時(shí)效處理使枝晶間γ相呈筏化組織。磁場(chǎng)能抑制γ相的主要形成元素Al,Ti的擴(kuò)散,從而降低γ相的長(zhǎng)大速率,使γ相尺寸略有減小。無(wú)磁場(chǎng)*時(shí)效處理使偏析較為嚴(yán)重的枝晶間區(qū)域得到充分?jǐn)U散,促進(jìn)γ相長(zhǎng)大,并且在共晶組織附近γ相排列緊密從而使兩相之間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,形成筏化組織。而施加磁場(chǎng)使合金中部分合金元素的擴(kuò)散受到抑制,從而降低γ相的長(zhǎng)大速率。

  磁場(chǎng)時(shí)效處理后枝晶間并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)筏化組織。對(duì)磁場(chǎng)熱處理后的DZ483合金進(jìn)行力學(xué)性能分析,發(fā)現(xiàn)靜磁場(chǎng)可以提高合金的顯微硬度和抗拉強(qiáng)度。磁場(chǎng)使元素Cr、Al、Ti和Mo趨于分布在枝晶干,引起晶格畸變,使合金枝晶干區(qū)域得到強(qiáng)化,從而提高了合金的顯微硬度。12 T磁場(chǎng)作用下得到的球形γ相的數(shù)量明顯大于無(wú)磁場(chǎng)作用下得到的立方形γ相的數(shù)量,γ相的數(shù)量越多,強(qiáng)化效果越好,強(qiáng)度越高。利用交變磁場(chǎng)研究DZ483合金的固態(tài)相變行為。交變磁場(chǎng)固溶處理后的DZ483合金中γ相明顯長(zhǎng)大,且分布均勻。交變磁場(chǎng)時(shí)效處理使γ相呈規(guī)則的立方形析出,無(wú)交變磁場(chǎng)作用時(shí)γ相呈球形析出,研究發(fā)現(xiàn)交變磁場(chǎng)能促進(jìn)γ相由球形轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎叫?加速相變發(fā)生。交變磁場(chǎng)能夠提高合金的顯微硬度和抗拉強(qiáng)度,降低合金的延伸率。當(dāng)施加0.1 T交變磁場(chǎng)時(shí),合金的抗研究發(fā)現(xiàn),室溫拉伸試驗(yàn)中,施加了脈沖電流的GH4169合金試樣相比于未施加脈沖電流的試樣形抗力和抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的下降,并且下降的幅度隨著脈沖電流密度的增大和頻率的升高而不斷增大結(jié)果表明，Si及Zr復(fù)合添加SmCo7合金可以很好地將Si及Zr單獨(dú)添加的優(yōu)點(diǎn)集于一身，顯著提高Sm-Co合金的矯頑力、抗氧化性及抗腐蝕性但由于511keVγ射線康普頓平臺(tái)的影響，在譜線低能端，本底仍然較高拉強(qiáng)度提高約4.5%,延伸率下降約2.9-5.6%。研究靜磁場(chǎng)作用下Ni/Ni-6.3wt.%Al擴(kuò)散偶中Al在Ni中的擴(kuò)散行為,發(fā)現(xiàn)靜磁場(chǎng)可以降低Al在Ni中的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散距離。靜磁場(chǎng)是通過(guò)降低頻率因子而不是擴(kuò)散激活能來(lái)抑制Al在Ni中的擴(kuò)散。采用電鍍法研究靜磁場(chǎng)下Ni-Al反應(yīng)擴(kuò)散行為,發(fā)現(xiàn)有、無(wú)磁場(chǎng)作用下擴(kuò)散界均形成Ni2Al3相和NiAl3相。施加靜磁場(chǎng)可以抑制Ni2Al3相的生長(zhǎng),靜磁場(chǎng)是通過(guò)降低Ni2Al3相的生長(zhǎng)常數(shù)來(lái)抑制Ni2Al3相的生長(zhǎng),而對(duì)Ni2Al3相的反應(yīng)激活能無(wú)明顯影響,且磁場(chǎng)對(duì)反應(yīng)層厚度的影響具有方向性。研究不同磁場(chǎng)方在鐵路機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中,處于高溫高壓等嚴(yán)酷復(fù)雜工作環(huán)境下的渦輪盤采用的是高溫合金(GH2132、GH4169)材料,而處于工作環(huán)境相對(duì)好些的轉(zhuǎn)子軸采用的是42CrMo材料,經(jīng)過(guò)大量考證,本研究決定選用連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊的焊接工藝方法對(duì)上述兩種材料進(jìn)行焊接結(jié)果表明:熱連軋GH4169合金主要由γ基體、γ′和γ″相組成,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后,合金中部分粒狀γ′相重溶,且又在基體中析出扁平狀γ″相;經(jīng)X射線衍射分析表明,與熱連軋合金相比,THR-ST-GH4169合金中γ基體、γ′和γ″相的點(diǎn)陣常數(shù)較小,但各相之間具有較大的晶格錯(cuò)配度,可有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),是合金具有較高蠕抗力和較長(zhǎng)蠕壽命的重要因素之一;在蠕期間,熱連軋合金的主要形機(jī)制為位錯(cuò)的雙取向滑移,而在THR-ST-GH4169合金中,可形成形孿晶和發(fā)生位錯(cuò)滑移向?qū)i/Ni-10at.%Cr擴(kuò)散偶擴(kuò)散行為的影響。結(jié)果表明,磁場(chǎng)平行于擴(kuò)散方向時(shí)對(duì)Cr在Ni中的擴(kuò)散抑制作用較強(qiáng),而磁場(chǎng)垂直于擴(kuò)散方向時(shí)對(duì)Cr在Ni中的擴(kuò)散抑制作用較弱。利用交變磁場(chǎng)研究Ni/Ni-10wt.%Cr擴(kuò)散偶的擴(kuò)散行為。交變磁場(chǎng)可以提高Cr在Ni中的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散距離。交變磁場(chǎng)是通過(guò)提高頻率因子而不是擴(kuò)散激活能來(lái)促進(jìn)Cr在Ni中的擴(kuò)散。

  溫度場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值符合得較好對(duì)國(guó)產(chǎn)GH4169鎳基高溫合金進(jìn)行了總應(yīng)控制的高溫低周疲勞試驗(yàn),研究了其疲勞性能,分析了斷口形貌實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在不同主軸轉(zhuǎn)速條件下，有限元模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，已成功應(yīng)用于艦船燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫端部件 采用陽(yáng)極選擇性電解相分離的化學(xué)定量相分析法及原子吸光法測(cè)定GH4169（Incone1718）合金在兩種處理?xiàng)l件下析出物γ′相和γ″相的重量百分比，其比率為Wγ′/Wγ″≈1/3研究了固溶處理溫度對(duì)GH4169G合金晶粒組織、晶界析出和蠕的影響