亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        晶粒度對Inconel 690合金微動磨損行為的影響

        2023-02-15 12:09:54蕭,辛
        金屬熱處理 2023年1期
        關(guān)鍵詞:磨痕微動晶粒

        李 蕭,辛 龍

        (北京科技大學(xué) 國家材料服役安全科學(xué)中心,北京 100083)

        蒸汽發(fā)生器傳熱管是核電設(shè)備十分重要的組成部分。我國目前大亞灣、嶺澳和秦山二期使用的均為第三代Inconel 690合金傳熱管。Inconel 690合金是一種高鉻奧氏體型鎳基合金,屬于低層錯能的面心立方結(jié)構(gòu),在復(fù)雜的環(huán)境下具有優(yōu)異的抗蝕性[1-2]。

        微動是指兩個接觸表面發(fā)生極小振幅(一般為微米級)的相對運動,常發(fā)生在近似緊密配合構(gòu)件的接觸表面上[3-4],可導(dǎo)致材料磨損而引起構(gòu)件松動、功率損失、噪聲增加或形成污染源,并進一步導(dǎo)致疲勞裂紋萌生和擴展,大大降低使用壽命[5]。在核電站中,由于動力運輸及能量轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生振動,微動磨損現(xiàn)象普遍存在,是導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器傳熱管失效的重要原因。因此,應(yīng)當(dāng)防止蒸汽發(fā)生器的破損,以提高核電設(shè)備安全性和使用壽命[6-7]。Kai等[8]對Inconel 600和Inconel 690合金的抗應(yīng)力腐蝕性能做了研究,結(jié)果表明,Inconel 690合金晶界附近具有更小的貧鉻區(qū)深度,因而具有更好的抗應(yīng)力腐蝕性能;Stiller等[9]研究了365 ℃高純水中Inconel 600和Inconel 690合金的組織結(jié)構(gòu)對晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕性能的影響,結(jié)果表明,晶界貧鉻區(qū)和碳化物的形成是影響其腐蝕性能最主要因素;Casales等[10]研究了熱處理對Inconel 690合金應(yīng)力腐蝕的影響,結(jié)果表明,時效處理不改變晶粒大小,但對碳化物的析出有明顯影響,進而影響材料的抗應(yīng)力腐蝕性能;Delabrouille等[11]研究了鉻含量對鎳基合金腐蝕性能的影響,得到了與Kai類似的試驗結(jié)果;陳波等[12]研究了N對Inconel 690合金抗晶間腐蝕性能的影響,結(jié)果表明,N的加入可以減小晶界Cr貧化程度、貧化區(qū)寬度變窄,提高合金的抗晶間腐蝕能力;Hwang等[13]研究了Inconel 690合金的鉛致應(yīng)力腐蝕開裂。Zhang等[14]研究了材料表面粗糙度和表面殘余應(yīng)力對Inconel 690合金抗應(yīng)力腐蝕能力的影響。綜上所述,國內(nèi)外針對Inconel 690合金組織結(jié)構(gòu)對材料抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕性能做了大量研究,但針對微動損傷的影響研究較少。因此本文研究了晶粒度對Inconel 690合金微動磨損特性的影響。

        1 試驗材料與方法

        1.1 試驗材料

        本研究選用厚度為1.09 mm的Inconel 690 TT合金管為試驗材料;對磨材料為φ10 mm的304不銹鋼球(SS304),表面粗糙度Ra≈0.04 μm,硬度約260 HV,二者化學(xué)成分如表1所示。首先用電火花線切割機沿管材軸向?qū)⑵淝虚_,再將帶有弧度的管材壓平,在715 ℃去應(yīng)力退火1 h后,將其切割為15 mm×15 mm塊體,試樣表面經(jīng)研磨拋光至Ra≈0.04 μm,除油清潔后,將其放入自制的卡具中。

        表1 試驗材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù),%)

        1.2 熱處理

        為了獲得不同的晶粒尺寸,將試樣在不同溫度(1100、1200、1300 ℃)下進行固溶處理,時間為5 min,水淬。再將固溶處理后的試樣進行715 ℃×2 h時效處理后水淬。所有熱處理都在真空石英管中進行。

        1.3 組織觀察和硬度測試

        采用10%草酸溶液電解腐蝕試樣,電壓為5 V,時間25 s。用光學(xué)顯微鏡(OM)觀察分析合金的顯微組織,按照GB/T 6394—2002《金屬平均晶粒度測定方法》直線截點法統(tǒng)計平均晶粒尺寸。采用維式硬度計對試樣進行顯微硬度測試,載荷砝碼25 g,時間10 s。

        1.4 微動磨損試驗

        微動磨損試驗在SRV-Ⅳ摩擦磨損試驗機上進行。該試驗機的FSA模式在一個周期內(nèi)能夠記錄1024個點,通過數(shù)據(jù)處理后得到切向力-位移(Ft-D)曲線。微動磨損試驗在常溫?zé)o潤滑條件下進行,摩擦副接觸方式采用點接觸,微動方式為切向微動。微動機械條件為載荷100 N,振幅100 μm,頻率20 Hz,時間30 min。試驗前將試樣浸泡于酒精中,用超聲波清洗10 min。

        1.5 磨痕形貌分析

        微動磨損試驗結(jié)束后,將試樣浸泡于酒精中,超聲波清洗10 min,自然干燥24 h,用光學(xué)顯微鏡(OM)分析材料組織形貌;用激光共焦掃描顯微鏡(LSCM)觀察磨痕截面輪廓并獲取磨損體積;用掃描電鏡(SEM)觀察磨損表面及截面形貌,并使用能譜儀(EDS)分析磨痕表面元素組成。

        2 試驗結(jié)果與分析

        2.1 組織觀察和硬度

        圖1為Inconel 690合金不同溫度固溶處理試樣的顯微組織照片。從圖1可見,試樣經(jīng)1100~1300 ℃固溶后晶粒尺寸增大;且隨著固溶溫度的升高,晶粒尺寸不斷增大。

        圖2為不同試樣平均晶粒尺寸和顯微硬度的變化趨勢。從圖2可以看出,原始試樣晶粒尺寸約為22 μm,隨著固溶溫度升高至1300 ℃,試樣的晶粒尺寸逐漸增加至160 μm。由于本研究材料取自管材,且經(jīng)過了壓平處理,相當(dāng)于進行了塑性變形,加之隨后的固溶處理,據(jù)此推斷材料應(yīng)經(jīng)過了回復(fù)再結(jié)晶過程;而且由于固溶溫度遠高于材料的再結(jié)晶溫度,再結(jié)晶后的晶粒長大是晶界遷移的過程。因此,可以認為這是由于Inconel 690合金在固溶作用下,通過回復(fù)和部分再結(jié)晶或再結(jié)晶造成晶界遷移,從而引起晶粒間相互吞并,晶粒長大[15]。原始試樣的硬度約為257 HV0.025,當(dāng)固溶溫度增加至1300 ℃,試樣硬度降低至160.1 HV0.025。這是由于Inconel 690合金隨固溶溫度升高,晶體中位錯運動速度加快,發(fā)生位錯消失或合并,合金塑性變形能力提高,硬度降低[16]。

        圖2 Inconel 690合金晶粒度和硬度隨固溶溫度的變化Fig.2 Grain size and hardness values of the Inconel 690 alloy vs solution temperature

        2.2 微動磨損行為

        圖3為原始試樣與1300 ℃試樣在微動磨損不同時間的切向力-位移(Ft-D)曲線。從圖3可以看出,所有的Ft-D曲線都呈近似平行四邊形,說明所有微動運行區(qū)域特性為完全滑移,摩擦副在整個微動過程中的相對運動是由接觸面的塑性變形調(diào)節(jié)[17]。

        圖3 Inconel 690合金Ft-D圖隨時間的變化曲線(a)原始態(tài);(b)1300 ℃固溶Fig.3 Ft-D curves of the Inconel 690 alloy vs time(a) as-received; (b) solution treated at 1300 ℃

        圖4為Inconel 690合金摩擦因數(shù)隨時間的變化趨勢。從圖4可以看出,所有試樣的摩擦因數(shù)在微動初始階段迅速上升,這是由于微動初期材料發(fā)生直接接觸,接觸表面發(fā)生粘著和塑性變形,摩擦力迅速增加。隨后,摩擦因數(shù)的變化趨于相對穩(wěn)定狀態(tài),但伴隨著小幅波動。這是由于表面顆粒的不斷剝離發(fā)生改變,繼而磨屑在微動擠壓作用下逐漸發(fā)生碎化和氧化,但磨屑的產(chǎn)生和從接觸表面溢出保持動態(tài)平衡。

        圖4 Inconel 690合金摩擦因數(shù)隨微動磨損時間的變化曲線Fig.4 Friction factor of the Inconel 690 alloy vs fretting wear time

        圖6 1300 ℃固溶后Inconel 690合金(a~e)及SS304不銹鋼(f~j)表面磨痕SEM形貌(a, f)和元素面分布圖(b~e, g~j) Fig.6 SEM images(a, f) and element mapping images(b-e, g-j) of worn scars on surface of the Inconel 690 alloy solution treated at 1300 ℃(a-e) and SS304 stainless steel(f-j)

        圖5為Inconel 690合金摩擦因數(shù)、磨損體積隨晶粒度和硬度的變化曲線??梢钥闯觯徽撌蔷Я6冗€是硬度的變化,所有試樣的平均摩擦因數(shù)都為0.48。當(dāng)晶粒尺寸從22 μm增加至75 μm,硬度從257 HV0.025降至202.6 HV0.025,磨損體積從8.5×106μm3緩慢減少至8.2×106μm3。當(dāng)平均晶粒尺寸從75 μm增加至112 μm,硬度從202.6 HV0.025減少至176.4 HV0.025,磨損體積從8.2×106μm3快速減少至3.9×106μm3;當(dāng)平均晶粒尺寸從112 μm增加至160 μm,硬度從176.4 HV0.025 減少至160.1 HV0.025,磨損體積從3.9×106μm3快速增加至16.2×106μm3。因此,當(dāng)SS304不銹鋼與Inconel 690合金硬度比為260∶176.4時,Inconel 690合金磨損量達到最少。

        圖5 Inconel 690合金平均摩擦因數(shù)和磨損體積隨晶粒度(a)和硬度(b)的變化趨勢Fig.5 Average friction factor and wear volume of the Inconel 690 alloy vs grain size(a) and hardness(b)

        圖6為1300 ℃固溶后試樣摩擦副磨痕的SEM形貌及元素面分布圖。由于Inconel 690為鎳-鉻合金,而SS304為鐵基合金,所以從EDS元素面分布圖中可以很明顯觀察到材料的轉(zhuǎn)移(見圖6(b~e)、圖6(g~j))。少量的Inconel 690材料轉(zhuǎn)移到SS304磨痕表面(如圖6(b,g)、圖6(d,i)所示);大量的SS304材料轉(zhuǎn)移到Inconel 690合金磨痕表面(如圖6(c,h)所示),導(dǎo)致Inconel 690合金磨痕表面Ni和Cr的缺失。氧都集中在了摩擦副的磨痕表面(如圖6(e,j)所示)。1100、1200 ℃固溶試樣的觀察結(jié)果與1300 ℃的基本一致。

        圖7 Inconel 690合金磨痕表面形貌(a,d)原始態(tài); (b,e)1200 ℃固溶; (c,f)1300 ℃固溶Fig.7 Surface micrographs of worn scars of the Inconel 690 alloy(a,d) as-received; (b,e) solution treated at 1200 ℃; (c,f) solution treated at 1300 ℃

        圖8 Inconel 690合金磨痕截面SEM形貌(a)原始態(tài); (b)1100 ℃固溶; (c)1200 ℃固溶; (d)1300 ℃固溶Fig.8 SEM images in cross section of worn scars of the Inconel 690 alloy(a) as-received; (b) solution treated at 1100 ℃; (c) solution treated at 1200 ℃; (d) solution treated at 1300 ℃

        圖7為不同固溶溫度下Inconel 690合金磨痕表面的整體和放大SEM形貌。1100 ℃試樣的觀察結(jié)果與1200 ℃的無明顯差異,本文主要對原始試樣和1200 ℃、1300 ℃試樣進行討論。從磨痕整體形貌可以看出,不同固溶溫度試樣磨痕表面都分布大量磨屑顆粒,原始試樣和1200 ℃試樣磨痕表面有大量由SS304不銹鋼轉(zhuǎn)移來的材料,1300 ℃試樣磨痕表面相對較少。磨屑顆粒存在于磨痕表面,且在1300 ℃試樣磨痕表面分布最多(見圖7(c,f))。隨著晶粒尺寸的增加,試樣硬度逐漸減小。就較軟的試樣而言,其微動磨損行為主要取決于磨屑從接觸界面排出的速率,而后者又取決于由界面接觸狀態(tài)所決定的微動磨損表面形貌[18],而1200 ℃試樣,磨屑聚集程度最大,氧化層緊實,促使磨損體積突然減少。由此可見,從磨痕表面形貌來看不同固溶溫度條件下的Inconel 690合金磨損機制均為磨粒磨損。

        圖8為不同固溶溫度下Inconel 690合金磨痕截面形貌。從圖8(a~c)可以看出,從原始試樣到1200 ℃固溶試樣,最表層存在從SS304不銹鋼轉(zhuǎn)移來的材料,且1200 ℃固溶試樣表面分布的材料最多(見圖8(c)),這可能是由于隨著硬度降低,粘著力增加[19],磨痕表面會粘著更多磨損材料,造成1200 ℃固溶試樣磨損體積突然減小,但1300 ℃固溶試樣磨屑的排出速率較快,使得1300 ℃固溶試樣產(chǎn)生大量微動磨損,形成大的凹坑,如圖8(d)所示,使磨損體積增加。由此可見,從磨痕截面形貌來看,不同固溶溫度下的Inconel 690試樣磨損機制為剝層磨損和粘著磨損。

        3 結(jié)論

        1) 經(jīng)固溶處理后,Inconel 690合金晶粒尺寸增加,且隨固溶溫度的升高,平均晶粒尺寸不斷增加,晶粒度減小,硬度值降低。

        2) 微動磨損試驗表明,不同晶粒度和硬度下,Inconel 690合金的平均摩擦因數(shù)均約為0.48。當(dāng)平均晶粒尺寸為112 μm,同時SS304不銹鋼與Inconel 690合金硬度比為260∶176.4時,Inconel 690合金具有最小的磨損體積。

        3) 不同晶粒度和硬度下的Inconel 690合金微動磨損機制主要為剝層磨損、磨粒磨損和粘著磨損。

        猜你喜歡
        磨痕微動晶粒
        關(guān)于J.Warburton方法的鋼絲交叉磨痕體積計算及誤差分析
        甘草次酸球晶粒徑與體外溶出行為的關(guān)系
        中成藥(2019年12期)2020-01-04 02:02:26
        水介質(zhì)下打磨磨痕對鋼軌疲勞損傷的影響
        基于RID序列的微動目標(biāo)高分辨三維成像方法
        基于稀疏時頻分解的空中目標(biāo)微動特征分析
        減少GDX2包裝機組“磨痕”煙包的數(shù)量
        從輪胎磨痕準確判斷裝備輪胎損傷
        超粗晶粒硬質(zhì)合金截齒性能表征參數(shù)的探討
        微動橋橋足距離對微動裂紋萌生特性的影響
        WC晶粒度對WC-10% Co 硬質(zhì)合金組織和性能的影響
        上海金屬(2015年1期)2015-11-28 06:01:11
        2021av在线| 久久精品中文少妇内射| 国产精品午夜福利视频234区| 最近中文字幕免费完整版| 久久精品99久久香蕉国产色戒| 亚洲电影一区二区三区| 日本亚洲一级中文字幕| 一区二区三区中文字幕在线观看| 亚洲av熟女少妇久久| 亚洲av无码成人网站在线观看| 色综合中文综合网| 亚洲国产剧情在线精品视 | 国产精品igao视频| 色综合久久久久综合999| 国产人妖一区二区av| 国产亚洲午夜精品久久久| 中文字幕人妻伦伦| 日韩亚洲av无码一区二区不卡 | 中文字幕+乱码+中文字幕无忧| 欧洲乱码伦视频免费| 亚洲av高清一区二区| 极品人妻被黑人中出种子| 国产乱码一二三区精品| 曰韩精品无码一区二区三区| 日韩丝袜人妻中文字幕| 亚洲天堂一区二区偷拍| 国产无夜激无码av毛片| 欧美孕妇xxxx做受欧美88| 精品一区二区三区在线视频观看| 久久久精品人妻一区二区三区免费 | 成人大片免费视频播放一级| 夜夜春亚洲嫩草影院| 国产精品人妻一区夜夜爱| 无码丰满熟妇浪潮一区二区av| 中文字幕乱码一区在线观看| 精品亚洲a∨无码一区二区三区| 欧美日韩色另类综合| 国产午夜无码精品免费看动漫| 亚洲精品在线一区二区三区| 久久久国产精品| a级毛片高清免费视频就|