鎳基合金的案例
整機丨621所：航空發動機用鎳基鑄造高溫合金及熱處理工藝研究
鎳基鑄造制備高溫合金材料零部件方式，能夠在性能及處理方式上，滿足各個領域工業生產對原材料的要求。除此之外，熱處理是高溫合金生產過程中不可或缺的工藝，能夠通過改變合金的微觀組織來提升合金的耐熱性、抗腐蝕性等性能，在鎳基鑄造高溫合金制備零部件的過程中，熱處理工藝地位重要。文章介紹了鎳基鑄造高溫合金的發展歷程和熱處理技術及其對結構和性能的影響，闡述了鎳基鑄造高溫合金熱處理技術的發展現狀和趨勢。
鎳基鑄造高溫合金是指以鎳為主要成分，以鑄造方法直接制備零部件的高溫合金材料。其具有優異的高溫強度、疲勞穩定性和斷裂韌性以及良好的耐蠕變穩定性等綜合力學性能，可以在高溫環境下長期安全運行，廣泛地應用于航空航天、汽車行業、燃氣輪機領域發動機渦輪葉片、整體葉盤、機匣等高溫部件。隨著航空發動機技術的發展，對合金材料性能的要求也大幅提高。針對原材料性能提升以及初步處理工作的改善，已經成為我國工業生產中的主要趨勢。熱處理是鎳基鑄造高溫合金改善性能必要的工藝過程，通過改變鑄件內部結構的形貌和分布或改變鑄件表面化學成分，可以提高鑄件的綜合力學性能、消除鑄造應力，或提高鑄件的耐腐蝕性能。本文主要論述了鎳基鑄造高溫合金及其熱處理工藝技術的研究進程，并對其進行了總結和分析，對未來進行展望，為后續的工業生產提供參考。
1 鎳基鑄造高溫合金的發展歷程
鎳基鑄造高溫合金是高溫合金領域中的重要組成部分，在各類精密鑄件生產過程中具有較為突出的優勢，其主要原因就是這種材料耐高溫、高抗氧化和耐腐蝕性的性能。早期的鎳基高溫合金主要為變形合金，在20 世紀50 年代后期，隨著航空發動機技術的發展，發動機渦輪部件的承溫能力要求越來越高，這就對高溫合金的強度和使用溫度提出了更高的要求。
展開 鎳基合金復合管道脈沖鎢極 氬弧焊打底怎么焊？
結語
脈沖鎢極氬弧焊與無脈沖鎢極氬弧焊相比較：熱輸入小、熱影響區寬度小、增加熔池攪拌能力使液態熔池合金元素分布更均勻、增加熔敷深度、脈沖電流峰值能夠增加電弧挺度，使電弧燃燒更穩定等優點。通過實踐對比，發現脈沖鎢極氬弧焊比無脈沖鎢極氬弧焊，更能夠勝任鎳基合金根焊打底層的焊接。
作者簡介：劉立永等，中國石化集團第十建設有限公司。
：鎳基高溫合金界面位錯網絡的再偏析
錸（Re）是一種能夠顯著提高高溫鎳基合金屈服強度的元素。但是，并沒有得到廣大研究者的認同。因為大部分人推測Re原子的空間分布不是隨機的，而是以納米團簇的形式出現，因此障礙位錯運動。與此同時，一些研究人員聲稱，無法通過使用三維（3D）原子探針斷層掃描（APT）或擴展的X射線吸收精細結構光譜找到高溫合金中的Re團簇。最近，在單晶高溫合金的界面位錯核心處，發現了Re偏析，伴隨著Co和Cr偏析。Re的偏析可能會引起界面位錯并阻礙它們的運動，從而提高超級合金的抗蠕變性。但是，在Ni基高溫合金中，Re原子的空間分布和“Re效應”的機制仍不清楚。
【成果簡介】
近日，中國浙江大學張澤院士團隊的李吉學教授、余倩教授、丁青青博士(文章第一作者)與美國賓夕法尼亞州立大學的Long-Qing Chen合作，采用了亞埃分辨透射電子顯微鏡（TEM）和能量色散X射線光譜（EDS）分析了鎳基單晶高溫合金中錸（Re）的分布。發現Re原子在界面位錯核心附近的拉應力區域分離，形成“Cottrell大氣”，偏析過程由位錯管擴散促進。原位透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）應變研究表明，沿相界分布Re的位錯網絡充當了機械壁，有效地阻止了位錯運動和裂紋擴展。同時，Re分離的程度可以通過熱處理來調節。理論分析表明，這種顯著的合金化效應主要來源于Re局部組分應變與位錯應變之間的相互作用，導致界面位錯網絡顯著穩定。此結果為理解鎳基高溫合金力學性能中Re效應的起源提供了新的視角，有利于提高Ni基高溫合金的蠕變性能和設計高性能的不含Re高溫合金。相關成果以“Re Segregation at Interfacial Dislocation Network in a Nickel-Based Superalloy”為題發表在Acta Materialia上。
展開 洛林大學《Acta Materialia》：鎳基高溫合金[110]方向蠕變組織演變
由于鎳基高溫合金是研究擴散控制的相變、彈性和塑性之間的強耦合候選材料，筏化也成為了更多基礎研究的重點。大多數研究都集中在[100]定向單晶的蠕變特性上，因為[100]方向是單晶渦輪葉片的主應力方向，但是在葉片截面存在復雜冷卻過程時，其他方向上的應力可能也很大，因此有必要研究在更復雜的蠕變條件下的微觀組織演變和相關的力學行為。
法國洛林大學的研究人員使用3D和2D相場模擬研究了[110]蠕變載荷過程中鎳基高溫合金的組織演變，還研究了非均勻和各向異性對彈塑性驅動力的影響。相關論文以題為“Microstructure evolution under [110] creep in Ni-base superalloys”發表在Acta Materialia。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116851
本研究使用了相場模型和先前開發的晶體可塑性模型。當塑性被限制在幾微米以下的區域時，它能夠解釋各向異性以及塑性的晶粒尺寸依賴性。它還包括針對滑行系統中位錯密度的
儲存
-恢復定律和位錯之間短程相互作用的硬化矩陣。該模型用于說明蠕變條件下鎳基高溫合金的微觀結構演變。在接近[110]的拉伸載荷下，對鎳基高溫合金在蠕變過程中的組織形成和演變進行了三維模擬。從立方結構開始，模擬得出了棒狀析出物在恒定應力下沿[110]方向形成的微觀結構。
展開 
開源鎳基合金析出相模擬的Fortran程序
作者在文章中采用了一種名為“沃羅諾伊圖 (Voronoi construction)”的方法來更真實地描述析出顆粒的空間分布，并以此修正了顆粒周圍的原子擴散距離，提升了模型的準確性，模型通過與鎳基（Ni-Al-Cr）合金的原子探針實驗數據進行對比，得到了很好的驗證。作者對文章的程序進行了開源，感興趣的可以下載了解，原始文章
作者提供的程序
https://github.com/KeXuMSE/Voronoi-Construction-based-Kampmann-and-Wagner-numerical-model
該模型的顯著優勢：
準確預測沉淀物的尺寸和成分
能夠通過簡單、定量的生長動力學方程處理復雜的合金化學反應
通過 Voronoi 構造可視化沉淀物的空間分布
對于分析鎳基合金析出相分析有良好的啟發性，感興趣的可以下載研究一下。
展開 3D打印鎳基單晶高溫合金
鎳基單晶高溫合金是航空航天等領域的關鍵材料，用于高溫零部件的制造。目前，這些零部件的制備工藝主要以定向凝固精密鑄造為主。對金屬3D打印技術而言，能否實現單晶組織的連續生長是一個巨大挑戰。以往的研究主要集中在利用3D打印技術分層疊加原理，對單晶基體（如燃氣輪機的渦輪葉片）進行修復，目前可以實現成形若干層單晶組織。
據研究人員報到，該研究成功的秘訣是采用了精確的工藝參數控制合金的熔化及凝固過程。研究者認為，所采用的工藝為何能夠制備出單晶仍需要深入分析，初步認為是所采用的掃描策略對晶粒的生長具有選擇效果，因而能夠實現單晶的制備。由圖1可以看出，制備的塊狀試樣上部縱截面上，枝晶細密且連續生長，沒有明顯的裂紋等缺陷。
該研究突破了較大體積鎳基高溫合金單晶組織的3D打印，使3D打印技術用于單晶高溫合金零部件的制造成為可能，對于3D打印技術進一步應用于航空航天等領域熱端零部件的制造具有重要意義。
來源：機械制造系統工程國家重點實驗室
展開 鎳基高溫合金waspaloy(也叫GH4738)的J-C損傷參數d1-d5 ￥150
請問一下，誰有鎳基高溫合金waspaloy(也叫GH4738)的J-C損傷參數d1-d5?150rmb
北航《IJF》：國產二代鎳基單晶合金超高周疲勞裂紋萌生競爭機制
目前已有的對國外典型二代鎳基單晶合金的研究表明，在超高周疲勞范圍內，單晶合金仍會發生疲勞斷裂，且疲勞強度大幅下降，超高周疲勞成為渦輪葉片使用應當考慮的失效模式之一。目前缺乏對國產單晶合金的高溫超高周疲勞研究，且單晶合金的超高周疲勞裂紋萌生機制尚不明晰。
因此，北京航空航天大學的趙子華副教授團隊與萊斯特大學Bo Chen教授及北京航空材料研究所的許巍博士合作，系統地研究了典型國產二代鎳基單晶合金DD6在典型工作溫度（760 ℃、850 ℃及1000 ℃）和極限工作溫度（1100 ℃）下的超高周疲勞性能和裂紋萌生、擴展機理，著重研究了裂紋從內部缺陷處和表面氧化處萌生的競爭關系，討論了氧化、組織退化、再結晶等因素對DD6合金超高周疲勞行為的影響。該研究以題為“Transitionfrom internal to surface crack initiation of a single-crystal superalloy in the very-high-cycle fatigue regime at 1100 °C”發表在International Journal of Fatigue。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106343
研究表明，在典型工作溫度下，DD6合金的超高周疲勞裂紋主要從單一內部缺陷（鑄造孔洞或疏松）處萌生，沿{111}晶體學平面擴展，這種擴展方式被稱為Stage I。而當DD6合金處于極限工作溫度時，裂紋萌生位置從內部缺陷處轉移到了表面，而且由原來的單源萌生轉變為了多源萌生（圖 1右上角（b））。
展開 從有需求、無設備，到打印全球最大火箭燃燒室，成就航天，也成就3D打印行業
最終全尺寸的燃燒室采用CuCrZr合金打印而成，它是世界上最大的單一組成部分3D打印燃燒室。
2019年以來，AMCM已經為Launcher完成了多個版本的燃燒室制造任務，以供不同的測試需求。2020年10月lanucher開始對E-2進行測試，前兩次測試的燃燒室并沒有冷卻功能，以降低風險并測試3D打印噴油器的性能，兩項測試均獲成功。第三次測試的燃燒室則具有全部功能，并確保冷卻通道的清潔。
3D打印的銅合金燃燒室具有優異的表面質量
鎳基合金只是折中方案，銅合金整體打印卻不是誰都能做
在開發全尺寸的E-2發動機之前，E-1已經是一款功能齊全的小型原型機，用于全面評估和測試發動機設計的各個方面。最初計劃采用鎳基合金制造這兩款發動機。但在項目的早期階段，Launcher發現英國3T Additive Manufacturing 公司正在采用SLM技術打印銅合金。雙方接洽后，開始測試標準的C18150 CuCrZr合金作為燃燒室材料的性能，結果發現該材料具有高效的熱傳導性和冷卻效果，且傳導性能達到了鎳基合金的20倍，不僅提高了燃燒室的壽命更降低了成本。
如今，銅合金被廣泛認為是冷卻液體火箭發動機的最高性能材料，而鎳基合金則是一種折衷方案。然而，在當時則鮮有能夠完整打印整件銅合金燃燒室的服務提供商。
展開 2021年金屬3D打印粉末材料簡報.PDF
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國內
西安賽隆金屬
多種鈦/鉻鋁合金粉末
PREP
北京中航邁特
鈦/鋁/鎳/高溫合金、不銹鋼、高強鋼等金屬粉末
氣霧化、PREP
江蘇威拉里
鈦/鋁/鎳/鈷、銅合金、鋼等
氣霧化
盤星新型合金
鈷鉻合金、鈦與鈦合金、不銹鋼粉末
氣霧化
尚材三維
鈦及其鈦合金
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江蘇金物
鈦合金、鋁合金、鎳基合金、高溫高熵合金
IPCA
西安鉑力特
鈦合金粉末等
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江西寶航
鋁合金、鈦合金、高溫合金、不銹鋼等
VIGA
東莞精研粉體
超細特種金屬粉
水/氣霧化、等離子球化及旋轉電極
廣州納聯
鈷基合金粉末、不銹鋼粉末、鈦及其合金粉末、鎳基合金
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深圳微納
形狀記憶合金、鈦/鎳/特種鋼/錫/鋁合金粉末、貴金屬粉末
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河北敬業
鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金粉末
氣霧化
寧波眾遠新材料
非晶合金粉、鋁/鈦/鎳基合金粉、耐熱鋼/模具鋼粉等
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中天上材
鈦/鎳基高溫合金、鈷鉻合金
展開 高溫合金材料及標準化發展規劃（轉自材易通）
相對于其他2類高溫合金，鐵基高溫合金存在組織不夠穩定、抗氧化能力差、使用溫度較低等缺點。
鐵基合金GH1311的金相組織
（2）鎳基高溫合金
該類高溫合金以Ni為主要基體，并在基體中溶入了多種合金元素。如下圖所示為鎳基合金Inconel718的金相組織。從圖中可以看出，鎳基高溫合金也是以奧氏體為基體的一類合金材料，但其材料組織分布更為緊密，表現出更好的組織穩定性。相對于鐵基高溫合金，鎳基高溫合金中加入了更多種類的強化元素，保證了鎳基高溫合金具有更好的組織穩定性和耐腐蝕性，工作溫度更高。相對于其他2種類型的高溫合金，鎳基高溫合金存在疲勞性能差、塑性較低的缺點。
鎳基合金Inconel 718的金相組織
（3）鈷基高溫合金
該類高溫合金以鈷(Co)為基體，合金中Co元素比例占60%以上，同時在基體中還溶入了不同比例的Ni、Cr等合金元素，增強了耐熱性能，是目前綜合性能最為優異的一類高溫合金；但是，由于全球金屬鈷的產量相對缺乏，因此該類型高溫合金應用并不廣泛。
目前，從高溫合金的應用情況來看，鎳基高溫合金是使用最多的一類高溫合金，大部分航天發動機的渦輪葉片都采用鎳基合金制造。
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按合金強化類型分
根據合金強化工藝，高溫合金主要分為固溶強化高溫合金和時效強化高溫合金2類。
展開 
核電站壓力容器的焊接工藝
在上封頭內壁驅動管座開孔的周圍局部堆焊鎳基合金，上封頭上裝有驅動管座、支承構件及吊耳。筒體組合件由容器法蘭、接管段筒體、堆芯筒體、過渡段殼體和下封頭焊接而成。在接管段筒體開孔部位焊接進出水接管，接管段與安全端連接。在下封頭內壁徑向支承塊焊接區域和中子通量孔周圍局部堆焊鎳基合金，隨后焊妥徑向支承塊和中子通量孔管座。在頂蓋組合件的頂蓋法蘭和筒體組合件的容器法蘭上堆焊不銹鋼或硬化鎳基合金密封面。
壓力殼頂蓋組合件和筒體組合件的環縫、進出水接管與接管段筒體的焊接，均采用自動埋弧焊。容器內壁和法蘭平面采用帶極堆焊。進出水接管端手工堆焊不銹鋼或鎳基合金，然后用手工焊或氬弧焊與不銹鋼安全段對接。
2、主焊縫焊接
由于反應堆壓力殼長期在高溫、高壓下工作，并承受強烈的中子輻照，所以焊縫金屬有嚴重的脆化傾向。通常表現為沖擊韌性的顯著降低和脆性轉變溫度的明顯升高。因此，要求焊縫金屬的塑、韌性有一定的儲備量，以確保核反應堆壓力殼能長期安全、可靠地運行。
（1）主焊縫焊接特點
壓力殼主焊縫的焊接特點是殼壁較厚，多層焊時由于內應力的積累，焊縫區殘余應力較大，需經受多次消除應力熱處理。因此，核反應堆壓力容器用高強度低合金鋼必須具有良好的焊接性，以避免冷裂紋等焊接缺陷產生，并保證焊縫和熱影響區有較好的塑性和低溫沖擊韌性。
（2）焊接材料選擇
主焊縫焊材選擇通常要求焊縫及熱影響區的性能與母材等同。除拉伸性能外，特別要求焊縫及熱影響區的沖擊韌性有足夠的裕度。為了滿足這些要求，主焊縫焊接一般采用自動埋弧焊，而根部封底則大多采用手工焊。自動埋弧焊采用Mn-Mo-Ni系焊絲，其成分基本上與母材SA508 C13鋼相近。焊劑一般采用燒結型焊劑。
展開 K tig深熔氬弧焊
由于這種焊接方法的物理機制，它非常適合焊接低熱傳導的材料，如不銹鋼、鎳基合金、鈦合金、鋯合金及鈷合金等。這些較貴的金屬要求高的焊縫質量和成形，高效深熔氬弧焊焊接能提供高的焊接質量和效率，其焊縫為100%的母質層，沒有多條融合線，完全消除了夾渣、氣孔以及常見的焊縫缺陷。高效深熔弧焊的無波紋焊接熔池保證了蓋面層與打底層的超高質量，完全不需要背面清根、表面拋光與打磨。
K tig深熔氬弧焊的一個優勢是工件的準備很簡單，在其能熔透的厚度下不需要開坡口（超過其熔透厚度部分才需要開V型坡口），碳素合金鋼的一次焊穿厚度為10毫米、不銹鋼及鎳基合金等為13毫米、鈦合金、鈷合金和鋯等為16毫米,只要將焊接邊緣切割整齊，裝配好，便可實現單面焊雙面成型的效果。切割方法可以是熱切割、剪切割或機械加工，也可同步填充焊絲蓋面，目的是減少咬邊，用來補償接口間隙、調節余高、或用來改變焊縫金屬的顯微組織。
安陽安達機械設備有限公司
展開 西工大《Scripta Mater》：揭示鎳基高溫合金γ/γ′界面的Re偏析！
雖然在鎳基單晶(Ni-SX)高溫合金的設計和開發中不考慮晶界的影響，但合金的失效行為仍然很復雜，涉及許多微觀效應，其中之一是基體擴散控制的γ′析出相的粗化行為。大量實驗表明，錸(Re)的加入能夠顯著降低γ′相的粗化動力學。已有研究表明，在Ni-Al-Cr合金中加入2% Re使γ′粗化動力學降低了約兩個數量級，然而對反應機理仍有不同的看法。在大多數報道中認為Re降低合金的擴散系數，從而提高高溫穩定性，有效地阻礙了γ′粗化。然而另有報道認為在γ基體中其他溶質的擴散率幾乎不受Re的影響。因此，Re對γ/γ′相的影響機理仍有待進一步研究和探索。
西北工業大學的研究人員揭示了Ni-SX高溫合金在長期時效過程中，界面上Re偏析的形成，深入探討了Re在Ni-SX合金中的作用，成功地確定了Re在γ/γ′界面的偏析現象以及Re與γ′粗化的相互影響。相關論文以題為“Unveiling the Resegregation at γ/γ′ interface inNi-based superalloy”發表在Scripta Materialia。
展開 技術 | 焊接領域新革命——高溶深焊接（k-TIG焊）
焊接包括碳素合金鋼，不銹鋼，鈦合金，鎳基合金鈷合金和鋯等材料，能保證超常的焊接速度和質量。
焊接過程采用氬氣保護。
焊接效率高，能耗低。
設備維護成本低。
應用領域
1、石油化工行業。
2、食品和制藥行業。
3、水處理行業。
4、發電廠（包括核電工業）。
5、航空航天。
6、造船。
7、鍋爐及壓力容器（主要包括：管道，熱交換器，壓力容器，儲罐，柱形物，反應器等常壓及高壓管道容器制造過程的直焊逢和環焊縫的焊接）。
8.大型基礎設施建設中管道的預制及板材的拼合。
□ END □
