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        鎳基合金軋制開裂原因分析

        2018-11-29 05:52:22蘇麗鳳武晶晶
        山東化工 2018年21期
        關(guān)鍵詞:鎳合金基合金電鏡

        蘇麗鳳,武晶晶

        (西部金屬材料股份有限公司理化檢驗(yàn)中心,陜西 西安 710201)

        鎳基合金因具有有效的抗應(yīng)力腐蝕、抗氧化性,且在室溫和高溫的苛刻環(huán)境中具有優(yōu)異的力學(xué)性能,所以廣泛應(yīng)用于化工和航海設(shè)備中的加熱管、熱交換器和蒸發(fā)器等結(jié)構(gòu)材料[1]。兩輥周期式軋制因軋制精度高、軋后表面控制良好的特點(diǎn),在鎳基合金管材生產(chǎn)過程中收到了廣泛的應(yīng)用,鎳基合金產(chǎn)品軋制后的質(zhì)量直接決定著后期鎳基合金管材生產(chǎn)的成品率和表面質(zhì)量。我院生產(chǎn)的鎳基合金軋制后出現(xiàn)了沿著鎳管長度方向的之字型裂紋缺陷,其具體形貌如圖1和圖2所示。從圖2國內(nèi)外對(duì)鎳管軋制后形成裂紋的原因研究較少,現(xiàn)有文獻(xiàn)主要描述鎳合金焊接或者熱處理不當(dāng)造成的焊接或熱處理缺陷[3-5],鮮有人對(duì)鎳合金管材軋制開裂原因進(jìn)行分析。本文從鎳基合金管材缺陷形貌進(jìn)行,對(duì)鎳基合金缺陷形成的過程進(jìn)行形象化驗(yàn)證,從而確定鎳基合金管材內(nèi)壁折疊形成的機(jī)理。為提高鎳基合金管材軋制成品率,確保鎳管的安全和質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

        圖1 鎳管軋后表面裂紋缺陷形貌

        圖2 鎳管外表面缺陷光學(xué)形貌(20x)

        圖3 鎳管內(nèi)表面缺陷光學(xué)形貌(20x)

        1 試驗(yàn)方法

        1.1 金相組織

        選用軋制后含有缺陷的鎳合金管材進(jìn)行金相組織觀察。將管材壁厚依次通過400#、600#、1000#及1200#拋光。隨后采用體積分?jǐn)?shù)為10%的磷酸對(duì)試樣進(jìn)行電解腐蝕,隨后在奧林巴斯GX51型光學(xué)顯微鏡上沿著試樣壁厚內(nèi)層、中層和外層進(jìn)行金相組織觀察。

        1.2 缺陷形貌電鏡觀察

        沿著鎳基合金管材裂紋擴(kuò)展方向?qū)α鸭y進(jìn)行剝離,采用S-3400掃描電鏡對(duì)鎳基合金缺陷斷口部位進(jìn)行形貌觀察,電鏡的工作電壓為3.00kV。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 缺陷組織

        圖4為鎳合金管材缺陷斷面組織形貌圖。從圖4(a)可見,鎳合金管材缺陷為裂紋型缺陷,裂紋萌生于管材壁厚外表面,沿著之字形裂紋從外表面沿著壁厚方向進(jìn)行擴(kuò)展。從圖4(b)可見,鎳合金管材萌生和擴(kuò)展區(qū)域出得晶粒度為10級(jí),而鎳合金管材壁厚正常區(qū)域處的晶粒度為8級(jí),所以鎳合金管材壁厚處的晶粒度組織差異是缺陷產(chǎn)生的原因。

        圖4 鎳合金管材缺陷形貌和組織光學(xué)圖

        2.2 電鏡形貌

        圖5為鎳基合金裂紋缺陷剝離面電鏡形貌圖。從圖5中可見,鎳基合金裂紋面出現(xiàn)了分層的現(xiàn)象,各層之間清晰可見,屬于脆性斷裂。這與前期金相組織觀察是一致的。

        圖5 鎳基合金裂紋缺陷剝離面電鏡形貌

        2.3 理論分析

        管材中存在組織不均勻缺陷,這種含有缺陷的管材進(jìn)行軋制時(shí),因管材受到軋制應(yīng)力的作用,缺陷沿著缺陷處萌生、進(jìn)而服從最小應(yīng)力法則出現(xiàn)之字形擴(kuò)展,這些理論分析結(jié)果與實(shí)際理論結(jié)果是一致的,可為尋找鎳基合金管材軋制開裂提供參考。

        3 結(jié)論

        (1)鎳合金管材缺陷為裂紋型缺陷,裂紋萌生于外表面,沿壁厚呈現(xiàn)之字形擴(kuò)展。鎳基合金缺陷處的晶粒度為10級(jí),正常區(qū)域處的晶粒度為8級(jí)。

        (2)鎳基合金裂紋面出現(xiàn)了分層的現(xiàn)象,各層之間清晰可見,屬于脆性斷裂。

        (3)鎳基合金管材軋制缺陷形成原因與前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致,可為尋找鎳基合金管材軋制開裂提供參考。

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