長期時效對Haynes282耐熱合金組織和力學性能的影響

  為(wei)提(ti)高(gao)燃(ran)煤(mei)電(dian)廠(chang)的(de)(de)熱(re)效(xiao)率,降低環境污染和(he)提(ti)高(gao)資源(yuan)利用率,發展超超臨界電(dian)站成為(wei)行之(zhi)有(you)效(xiao)的(de)(de)措施之(zhi)一。燃(ran)煤(mei)電(dian)廠(chang)熱(re)效(xiao)率的(de)(de)提(ti)高(gao)主要是通過提(ti)高(gao)蒸(zheng)汽參數,即蒸(zheng)汽溫(wen)度(du)和(he)壓力(li)。而(er)蒸(zheng)汽參數的(de)(de)提(ti)升對(dui)材料的(de)(de)高(gao)溫(wen)持久性能提(ti)出了更高(gao)的(de)(de)要求(qiu)。當蒸(zheng)汽溫(wen)度(du)達(da)700℃或(huo)更高(gao)時(shi),傳統(tong)的(de)(de)鐵素體鋼和(he)新型奧氏體鋼已不能滿(man)足使用要求(qiu),必(bi)須采用鎳基耐熱(re)合金。

  Haynes282合金(jin)是一(yi)種時(shi)效(xiao)強化(hua)型鎳基(ji)耐(nai)熱合金(jin),該合金(jin)具(ju)有較高(gao)的高(gao)溫蠕變強度、應變時(shi)效(xiao)斷裂強度和較好的熱穩定性(xing)而被選為700℃先進超(chao)超(chao)臨界機組(zu)候選材料之一(yi)。目前,國外的報道多集中(zhong)在對(dui)其抗蒸汽氧化(hua)性(xing)、焊接性(xing)以及(ji)疲勞性(xing)能等方面的研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)上(shang),對(dui)合金(jin)時(shi)效(xiao)過程(cheng)中(zhong)組(zu)織(zhi)演變及(ji)力學(xue)性(xing)能的變化(hua)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)和報道較少。科研(yan)(yan)人員(yuan)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)了(le)282合金(jin)在700℃下長(chang)期時(shi)效(xiao)過程(cheng)中(zhong)的組(zu)織(zhi)和力學(xue)性(xing)能變化(hua),并分析了(le)組(zu)織(zhi)變化(hua)對(dui)力學(xue)性(xing)能的影響。

  試驗(yan)材(cai)料采用25kg真空冶(ye)煉(lian)法,均勻(yun)化退火后,鍛(duan)造成Φ16mm的圓(yuan)棒。試驗(yan)材(cai)料經標準(zhun)熱處理(li)(1120℃×2h,空冷+1010℃×2h空冷和788℃×8h,空冷)后,在700℃下分(fen)別進行100、300、1000、3000h時(shi)效處理(li)。

  時(shi)效(xiao)(xiao)后的金相(xiang)(xiang)(xiang)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)經打磨、拋光后,用60%HNO3水溶液電解(jie),隨后進(jin)行(xing)微觀(guan)組織觀(guan)察并(bing)(bing)結(jie)合(he)能譜分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)確定析(xi)(xi)(xi)(xi)出(chu)相(xiang)(xiang)(xiang)元素分(fen)布情況。觀(guan)察析(xi)(xi)(xi)(xi)出(chu)相(xiang)(xiang)(xiang)形貌并(bing)(bing)確定析(xi)(xi)(xi)(xi)出(chu)相(xiang)(xiang)(xiang)種類,測量硬度值,并(bing)(bing)測試(shi)(shi)合(he)金室溫(wen)沖(chong)擊吸收能量。最后對(dui)時(shi)效(xiao)(xiao)試(shi)(shi)樣(yang)(yang)進(jin)行(xing)微細相(xiang)(xiang)(xiang)分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi),將試(shi)(shi)樣(yang)(yang)進(jin)行(xing)電解(jie)萃取,逐一分(fen)離出(chu)不同的析(xi)(xi)(xi)(xi)出(chu)相(xiang)(xiang)(xiang),進(jin)行(xing)XRD分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)和化學定量分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)。試(shi)(shi)驗結(jie)果(guo)如下:

  (1)隨時效(xiao)時間的延長(chang)(chang)(chang)(chang),Haynes282合金晶界M23C6型(xing)碳化(hua)物(wu)(wu)和晶內MC型(xing)碳化(hua)物(wu)(wu)發(fa)生長(chang)(chang)(chang)(chang)大。γ'相(xiang)隨時效(xiao)時間的延長(chang)(chang)(chang)(chang),長(chang)(chang)(chang)(chang)大緩慢(man),3000h時效(xiao)后仍呈球(qiu)形,細小(xiao)彌(mi)散地分布在(zai)基體中。

  (2)標準熱處理(li)態的合(he)金沖擊(ji)吸(xi)(xi)收(shou)能(neng)量(liang)為20.5J,隨(sui)時(shi)效時(shi)間的延長(chang),沖擊(ji)吸(xi)(xi)收(shou)能(neng)量(liang)迅速(su)下(xia)降,300~3000h之(zhi)間,合(he)金沖擊(ji)吸(xi)(xi)收(shou)能(neng)量(liang)保(bao)持在(zai)10J左右。晶(jing)界處連(lian)續分布的M23C6型碳(tan)化(hua)物是造成282合(he)金沖擊(ji)吸(xi)(xi)收(shou)能(neng)量(liang)較低(di)的重要原因。增加(jia)時(shi)效時(shi)間,晶(jing)界碳(tan)化(hua)物粗化(hua)長(chang)大,導致282合(he)金沖擊(ji)吸(xi)(xi)收(shou)能(neng)量(liang)逐漸(jian)降低(di)。

  (3)282合(he)金(jin)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)隨(sui)時(shi)效時(shi)間的(de)延(yan)長(chang)而增加。標準(zhun)熱(re)(re)處理(li)后(hou),合(he)金(jin)的(de)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)較低(di),時(shi)效100h后(hou),硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)從(cong)標準(zhun)熱(re)(re)處理(li)態的(de)272HBS顯(xian)著(zhu)上(shang)升到342HBS,時(shi)效300~3000h硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)值(zhi)有所增長(chang),但趨勢(shi)緩慢。因為標準(zhun)熱(re)(re)處理(li)態γ'相含量較低(di),合(he)金(jin)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)較低(di),長(chang)期時(shi)效后(hou),γ'相含量增大(da)且顆粒長(chang)大(da)較明顯(xian),故使(shi)合(he)金(jin)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)(du)增大(da)。