无锡国劲合金产品广泛应用于海水淡化、核电、石油化工、船舶、汽轮机发电、压力容器、热交换器、*空调、家用电器及铁路、城轨交通等领域。并参与制订了核电、真空电子磁控管、压力表用管材的国家标准

铜镍合金合金：Monel400,Cu90-Ni10、B10、C70600、BFe10-1-1、CuNi90-10、Cu70-Ni30、B30、C71500Inconel合金：Inconel625、Inconel625LCF、Inconel690、Inconel600、Inconel601,Inconel617、Inconel686、Inconel718、Inconel718Incoloy合金：Incoloy800、Incoloy 800H、Incoloy800HT、Incoloy801、Incoloy825、Incoloy903、Incoloy907、Incoloy925、Incoloy926Hastelloy合金：HastelloyB、HastelloyB-2、HastelloyB-3、HastelloyC、HastelloyC-4、HastelloyC-22、HastelloyC-276、Hastelloy C-2000

Incoloy825钢板锻件激光熔覆层组织显微结构分析结果表明:复合粉末经激光熔覆,熔覆金属与基体宏观形貌反映结合状况,界面结合处是良好的冶金结合,结合区无明显气孔、裂纹。多层多道合金的组织主要由胞状晶及硬质项弥散分布。EDS和XRD物相分析得到:金属基体Cr4Ni15W的固溶体和具有硬质特点的WC颗粒弥散分布。熔覆层组织中WC颗粒相的面积分数约43%。大量弥散分布的球状WC颗粒保证了涂层组织具有较高的强硬性。显微硬度测试表明:常温下,Ni60+45%WC复合粉末激光熔覆层多层熔覆后的平均显微硬度为63-64HRC,可以满足煤化工特定工况及带有颗粒介质的装置实现*使用要求。
Incoloy825钢板锻件在熔覆试样的基础上经相关工艺的调整,在6〞球体球面实现多层大面积熔覆,覆层厚度达1-1.5mm以上,熔覆表面经磨削机工,表面质量经PT合格。球体与阀门组装后进行高压泵验及高温热态试验,证明球体熔覆层完好并实现密封功能。镍基高温合金GH4169因具有优良的热强性能,广泛用于制造航空航天发动机的耐热零件。该材料因具有硬度高、塑性变形大、导热系数低等特性,在切削加工时存在*磨损严重、加工精度和表面质量难以保证等问题,如何降低*磨损、提高加工表面质量是解决其精密加工难题的关键。

镍基高温合金切削时,切削力和切削温度直接影响*磨损和加工表面质量。因此本文利用有限元仿真软件DEFORM建立了二维切削模型,对镍基高温合金切削过程进行了仿真研究,分析了加工参数及后刀面磨损量VB值对切削力和切削温度的影响规律。进行了镍基高温合金PCBN*精密切削试验,通过切削力的检测结果和仿真结果的对比,对有限元仿真模型的有效性进行了验证。进行了PCBN*精密切削镍基高温合金的*磨损试验研究,采用SEM对*磨损区域的微观形貌进行了检测,并结合磨损形貌特征、切屑形态以及*磨损带EDS能谱检测结果,综合分析了PCBN*精密切削镍基高温合金时的磨损机理;在对切屑形貌特征研究分析的基础上,建立了切屑绝热剪切效应对*切削刃的冲击频率模型;基于对后刀面磨损VB值检测结果的极差分析,建立了后刀面磨损量VB值的数学预测模型。

试验研究了工艺参数对表面粗糙度Ra的影响规律,建立了Ra的数学预测模型;进行了镍基高温合金加工表面残余应力的仿真分析,研究了切削参数和*几何参数对工件表面残余应力的影响规律和影响程度;以*磨损VB值和表面粗糙度Ra为评价指标对工艺参数进行了优选,在此基础上,进行了不同冷却润滑条件下的镍基高温合金精密切削试验,研究了不同冷却润滑方式和不同切削液对*磨损和表面粗糙度的影响,为镍基高温合金精密切削工艺条件的优选提供了依据。
激光非晶化技术是用连续激光对待加工零部件表面进行均匀扫描,使零部件表面形成一定厚度的非晶组织,可大大提高其表面硬度、耐蚀及耐磨性能,在材料表面改性领域具有十分巨大的潜在应用价值,目前受到国内外学者的广泛重视,是表面工程技术领域研究的热点之一。本文采用大功率光纤激光器同轴送粉熔覆的方式,一步法在低碳钢表面获得非晶复合熔覆层,从而达到提高低碳钢表面硬度,改善其耐磨性的目的。主要研究内容包括:激光熔覆参数对熔覆层宏观成形及稀释率、微观组织、相结构及非晶体积含量的影响规律;熔覆层截面由表及里不同位置的组织形成机制;搭接熔覆层后道熔覆对前道熔覆层组织和性能的影响行为;熔覆层显微硬度和耐磨性能的测试与分析等。

研究结果表明:采用一步激光熔覆法在低碳钢表面成功制备了由非晶相、NbC相和少量枝晶相组成的非晶复合涂层。激光功率会影响熔覆层和基体之间的稀释率,随激光功率的增大,熔覆层的稀释率逐渐增大,熔覆层中获得非晶相体积含量逐渐较少。随热输入的降低,熔覆层高度也随之降低,涂层中非晶含量逐渐增加,当热输入为50.0J/mm时,非晶所占的比例可达80.9%。借助维氏显微硬度仪、摩擦磨损试验机等测试方式对熔覆层的硬度及耐磨性进行测试。
测试结果表明,熔覆层的截面由表及里硬度值逐渐下降,熔覆层靠近顶部的硬度值高,并且随着热输入的降低,熔覆层的平均显微硬度逐渐增加。摩擦磨损试验结果表明,由于熔覆层的高硬度及增强相NbC的贡献,熔覆层的耐磨性与基体相比有了很大提高,熔覆层摩擦系数值小且波动平缓,磨损量也低。随着激光熔覆热输入降低,熔覆层磨损量逐渐降低,摩擦系数也呈减小趋势,波动幅度也逐渐降低,熔覆层的磨痕形貌也得出了相似的规律。采用ANSYS有限元软件,并利用其单元生死功能模拟了激光熔覆镍基非晶复合熔覆层制备过程的温度场分布,并获得了不同激光熔覆热输入条件和熔覆层不同位置的热循环曲线。
结果表明,当热输入为50.0J/mm时熔覆层由表及里的峰值温度逐渐降低,熔覆层表面温度峰值为1578.53℃,另外,熔体冷却速率也由表及里逐渐下降,其表层冷却速率可达16086.5K/s,远远大于本文采用的镍基非晶合金采用铜模快淬技术所需的临界冷却速率。随着激光熔覆热输入降低,熔覆层的峰值温度也逐渐降低,其冷却速率呈逐渐上升的趋势。观察分析了在热输入为50.0J/mm时激光熔覆熔覆层的组织分布,结果表明,从熔覆层与基体的界面到熔覆层的顶端,组织呈梯度分布。
在基体/熔覆层界面,生成了平面晶,胞状晶和柱状树枝晶,随后发生柱状晶向等轴晶生长转变,在熔覆层中部主要由非晶相、NbC颗粒相以及等轴晶相组成。由于受到温度梯度(G)和凝固速率(R)的影响,随着G/R比值的增加,熔覆层组织的凝固特征由平面生长到胞状晶、柱状树枝晶及等轴晶。当冷却速率(G?R)超过了制备非晶复合熔覆层的临界冷却速率时,实现了对熔体的“冻结”作用,在激光熔覆过程中获得了非晶相。镍基单晶高温合金具有出色的耐热性,广泛用于长时间高温环境中工作的航空发动机、工业燃气轮机的涡轮叶片。
单晶高温合金中晶界强化元素C的添加,使镍基单晶高温合金在凝固工艺、元素偏析以及相类别上具有良好力学性能。本文研究了不同C含量对镍基单晶高温合金显微组织和合金元素偏析的影响。用金相显微镜和扫描电子显微镜对合金铸态组织和热处理后组织进行了观察,用电子探针仪器对铸态合金元素偏析行为进行了分析。分析了不同含量C对镍基单晶高温合金DD90凝固组织的影响。结果表明:随着C含量的增加,一次枝晶间距逐渐增大,凝固范围逐步扩大。

随着C含量的增加,合金中碳化物数量逐渐增加。碳化物形貌从块状变为汉字体状,后连接成复杂的骨架状。随着C含量的增加,γ/γ′共晶体积分数减少,粗大的初生相γ′减少。C的添加增大了Al的偏析,减弱了Re、Mo、W的偏析。通过夏尔公式研究了枝晶间合金元素的凝固路径,偏析程度以及凝固温度区间。镍基单晶高温试样通过光学显微镜观察,EDS分析和TG-DSC分析,对比研究了不同C含量的DD90镍基单晶高温合金铸态下的枝晶组织、碳化物的化学成分以及凝固温度区间。
研究结果表明,Al和Ta元素偏的析模型与分析结果有高度一致性。随着C含量的增加,液相线和固相线温度降低,凝固温度区间变大。Al、Mo、Ta元素偏析随着C元素的增加变得更加剧烈。经过热处理之后γ′相更加趋于规则的四方形。γ′相和γ相界面更加光滑,相界面过渡处更加平滑。可以推断,在热处理的过程中两相界面处进行了相互的转化,γ′相粗大化。应力腐蚀开裂(SCC)是核电一回路安全端异种金属焊接接头在服役过程中的一种重要失效形式,而SCC扩展是裂尖微观力学和电化学反应交互作用下的氧化膜破裂与再生成过程。
近年来的研究显示,裂尖高应力区的蠕变对SCC裂尖氧化膜的破裂有一定的影响。为了了解焊接接头区高应力条件下裂尖蠕变特性及其对SCC扩展速率的影响,本文借助ABAQUS有限元分析软件,详细分析了焊接接头SCC裂纹高应力蠕变前后的裂尖力学场。主要完成的工作有:(1)以常用的核电焊接材料镍基182合金为研究对象,借助ABAQUS有限元软件及其重启动功能,对低温高应力条件下裂尖蠕变过程进行分析,得到了裂尖微观力学场及相关力学参量随蠕变时间推进的变化规律。
(2)以镍基182合金-热影响区-316L不锈钢的异种金属焊接接头的简化模型为研究对象,考虑材料力学性能不均匀性的影响,建立了焊接接头的裂尖数值模拟分析模型,对蠕变前后裂尖力学场的分布变化规律和蠕变情况进行分析;并对裂纹分别萌生于焊材区和热影响区时的裂尖力学场进行研究,得到初始裂纹位置对裂尖应力应变等参量的影响规律。(3)基于修正的氧化膜破裂预测模型(FA模型),对低温高应力蠕变主导下的应力腐蚀裂纹蠕变率及SCC裂纹扩展速率进行计算,得到了焊接接头材料力学性能不均匀性对SCC裂纹扩展速率的影响规律。