Inconel601H镍基合金焊缝化学法晶粒细化的研究

发布时间：2020-10-30 16:01

　　 Inconel601H镍基合金在高温环境下具有较高的力学性能和良好的抗氧化性能,同时对于许多腐蚀介质具有良好的耐蚀性,在冶金、热处理、化工、环保等领域应用广泛。然而,由于其热物理性能如导热性能不良等使焊缝金属温度过高,导致焊缝晶粒十分粗大,而焊缝晶粒粗大直接影响焊接接头的力学性能。本课题采用在焊接过程中添加细化剂到熔池中的方法,研究Inconel601H镍基合金焊缝的晶粒细化效果。试验选取TiC、ZrC及VC作为细化剂,通过TIG焊将其过渡到焊缝中,研究细化剂的添加工艺。然后利用光学显微镜、SEM及EDS等试验设备观察并分析Inconel601H镍基合金焊缝微观组织和细化效果,研究细化剂对Inconel601H镍基合金焊缝微观组织的影响,并且探讨了细化剂对Inconel601H镍基合金焊缝晶粒的细化机理。研究结果表明:(1)Inconel601H镍基合金TIG焊时,TiC、Zr C及VC能够在焊接熔池中稳定存在,具备作为Inconel601H镍基合金焊缝晶粒细化剂的基本条件。(2)依靠焊接熔池自身的对流未能使细化剂粉末有效的在焊接熔池中均匀地分布。通过改进细化剂的添加工艺,可使得细化剂粉末在焊接熔池中较均匀的分布。添加细化剂的焊接接头成型良好,内部无裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。(3)当TiC、ZrC及VC在焊缝均匀分布时,可使Inconel601H镍基合金焊缝组织细化,晶粒变小。(4)添加不同的细化剂对Inconel601H镍基合金焊缝的晶粒细化效果不同,细化能力由强到弱依次为VC、TiC及ZrC。(5)TiC、ZrC和VC细化Inconel601H镍基合金焊缝机理分为四个方面:一是细化剂对组织有显微激冷的作用,增大了形核的过冷度;二是细化剂表面凹凸不平,熔池形核可依附在细化剂凹面处形核,降低形核功,促进形核;三是细化剂还可作为熔池中的奥氏体的形核核心,促进奥氏体异质形核;四是分布于晶界上,起着阻碍晶粒长大的作用。上述四个机理共同作用,使得Inconel601H镍基合金焊缝柱状晶向等轴晶转变,并细化焊缝晶粒。
【学位单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TG457.1
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 晶粒细化的意义及技术概述
    1.3 化学法晶粒细化
        1.3.1 化学法晶粒细化原理
        1.3.2 影响化学法细化晶粒效果的工艺因素
        1.3.3 化学法晶粒细化研究现状
    1.4 镍基高温合金
        1.4.1 镍基高温合金简介
        1.4.2 镍及镍基高温合金的化学法晶粒细化研究现状
    1.5 焊缝晶粒细化
        1.5.1 焊缝晶粒细化研究现状
        1.5.2 焊缝晶粒细化剂添加方法研究现状
    1.6 本课题研究的内容与方案
        1.6.1 研究内容
        1.6.2 研究方案
第二章 液态金属形核理论及细化剂的选择
    2.1 液态金属结晶的基本条件
        2.1.1 结晶的热力学条件
        2.1.2 结晶的结构条件
    2.2 晶核的形成
        2.2.1 均质形核
        2.2.2 异质形核
    2.3 化学法晶粒细化理论
        2.3.1 接触角理论
        2.3.2 界面共格对应理论
        2.3.3 偏析系数理论
        2.3.4 成分过冷及生长限制理论
        2.3.5 金属遗传性理论
        2.3.6 其它理论
    2.4 焊接熔池的结晶
        2.4.1 焊接熔池的特征
        2.4.2 熔池凝固的特点
        2.4.3 焊缝金属凝固组织的形态
    2.5 细化剂的选择
    2.6 本章小结
第三章 试验材料、设备及方法
    3.1 试验材料
        3.1.1 母材
        3.1.2 焊丝
        3.1.3 细化剂
    3.2 试验设备
        3.2.1 焊接电源
        3.2.2 锯床
    3.3 焊接试验工艺
        3.3.1 坡口涂刷法添加细化剂
        3.3.2 焊丝涂刷法添加细化剂
        3.3.3 熔炼法添加细化剂
        3.3.4 带垫板法添加细化剂
    3.4 焊接接头组织分析试验
        3.4.1 光学显微镜分析
        3.4.2 扫描电镜及能谱分析测试
    3.5 本章小结
第四章 晶粒细化试验结果与分析
    4.1 添加细化剂的焊接试验工艺性
        4.1.1 坡口涂刷法添加细化剂试验的焊接工艺性分析
        4.1.2 焊丝涂刷法添加细化剂试验的焊接工艺性
        4.1.3 熔炼法添加细化剂试验的焊接工艺性
        4.1.4 带垫板添加细化剂试验的焊接工艺性
        4.1.5 焊接试验工艺性分析
    4.2 细化剂对Inconel601H镍基合金焊缝组织的影响
        4.2.1 TiC对Inconel601H镍基合金焊缝组织的影响
        4.2.2 ZrC对Inconel601H镍基合金焊缝组织的影响
        4.2.3 VC对Inconel601H镍基合金焊缝组织的影响
    4.3 焊缝细化效果分析及焊缝晶粒细化机理探讨与分析
        4.3.1 焊缝晶粒细化效果分析
        4.3.2 细化剂细化焊缝晶粒机理探讨与分析
    4.4 本章小结
第五章 结论
参考文献
攻读学位期间所取得的相关科研成果
致谢

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;从镍基合金废料中提取特号镍[J];有色金属;1973年05期

2 黄奕清;新的镍基合金[J];有色冶炼;1986年08期

3 王青跃;;铁钴镍基合金中高含量钴的分光光度测定[J];上海金属.有色分册;1987年04期

4 杨建梁;原子吸收光谱法测定镍基合金中痕量铋[J];理化检验(化学分册);1994年04期

5 王志英;镍基合金管加工破裂分析研究[J];稀有金属;1994年06期

6 陈太根;镍基合金在烟气脱硫技术中的应用[J];锅炉技术;2001年03期

7 耿东方,罗虹,严永茂,苌志军;平台石墨炉原子吸收法测定高温镍基合金中痕量硒[J];兵器材料科学与工程;2002年04期

8 胡壮麒,彭平,刘轶,金涛,孙晓峰,管恒荣;镍基合金中γ’相界面的强化设计[J];金属学报;2002年11期

9 关长斌,马明臻,祝群喜,关华;铌对镍基合金组织与性能的影响[J];金属热处理;2004年03期

10 万军;镍及镍基合金的焊接[J];锅炉制造;2004年03期

相关博士学位论文 前8条

1 李振华;等径弯角挤压法制备的钛镍基合金的摩擦学性能研究[D];上海交通大学;2007年

2 吕柏林;镍基合金及镍铝金属间化合物的结构与性能的第一性原理研究[D];大连理工大学;2012年

3 宋广平;EB-PVD制备镍基合金薄板组织与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

4 沈婕;镍基合金中非金属夹杂物及其去除技术的研究[D];兰州理工大学;2008年

5 刘文冠;基于第一性原理的镍基合金晶界脆化机理的理论研究[D];中国科学院研究生院（上海应用物理研究所）;2014年

6 王明罡;元素Re对单晶镍基合金TCP相形态及蠕变行为的影响[D];沈阳工业大学;2010年

7 张姝;不同取向单晶镍基合金蠕变期间的组织演化与有限元分析[D];沈阳工业大学;2011年

8 宋新玉;镍基合金Inconel 718高速切削刀具磨损机理研究[D];山东大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 成佳佳;镍基合金高温塑性变形行为的研究[D];西安工业大学;2015年

2 曹获;多元铜镍基合金的高温氧化行为研究[D];湖南科技大学;2015年

3 徐高翅;Cu-Cr-Ni、Ni-Al-Nb和Nb-Cr-Ni三元镍基合金fcc相原子迁移率的研究[D];广东工业大学;2015年

4 蒋崇亮;一种含4%Ru的单晶镍基合金的组织与性能[D];沈阳工业大学;2016年

5 周京;Inconel601H镍基合金焊缝化学法晶粒细化的研究[D];河北工业大学;2015年

6 魏爱玲;镍基合金028材料在高含氯离子环境中的抗腐蚀性能[D];西安石油大学;2011年

7 李伟;镍基合金材料服役行为多尺度研究[D];兰州理工大学;2011年

8 赵秀霞;镍基合金在酸性条件下的腐蚀行为研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

9 王强;镍基合金高温性能预测[D];兰州理工大学;2014年

10 陈涛;含铼镍基合金的高温氧化和热腐蚀研究[D];沈阳理工大学;2014年

本文编号：2862701