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1、接管密封面鎳基合金堆焊層開(kāi)裂原因分析摘要：某重型裝備制造廠在接管密封面鎳基合金堆焊后的UT探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)堆焊層出現(xiàn)大面積開(kāi)裂，為研究鎳基堆焊層開(kāi)裂現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，對(duì)堆焊試板進(jìn)行了化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、掃描電鏡分析，結(jié)果表明：在堆焊過(guò)程中，鎳基堆焊層的晶界處產(chǎn)生Ni2Nb共晶薄膜及雜質(zhì)元素堆積，在殘余應(yīng)力的作用下，該處形成結(jié)晶裂紋并擴(kuò)展。關(guān)鍵詞：NiCrFe7堆焊層；結(jié)晶裂紋；Ni2Nb共晶；殘余應(yīng)力NiCrFe7鎳基合金堆焊層在650?1000°C高溫下具有較高的強(qiáng)度與一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能，廣泛應(yīng)用核電、軍工等領(lǐng)域，是適于高溫、高壓并伴有各種苛刻腐蝕環(huán)境的理想金屬結(jié)
2、構(gòu)材料［1］。某重型裝備制造廠為了提高筒節(jié)產(chǎn)品的耐腐蝕性能，設(shè)計(jì)將其密封面由不銹鋼堆焊層改為NiCrFe7鎳基合金堆焊層，但在試板焊接試驗(yàn)后UT探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)，35mm厚的鎳基合金堆焊層出現(xiàn)大面積開(kāi)裂。為分析鎳基堆焊層開(kāi)裂現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，筆者對(duì)其進(jìn)行了理化檢驗(yàn)及分析，并提出了改進(jìn)建議。1理化檢驗(yàn)1.1化學(xué)成分分析用ARL4460型火花直讀光譜儀對(duì)堆焊層熔敷金屬進(jìn)行了化學(xué)分析，結(jié)果如表1所示，化學(xué)成分符合EQNiCrFe7的技術(shù)要求。表lEQNiCrFe7堆焊層熔敷金屬的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))1.2金相檢驗(yàn)在堆焊層UT缺陷處處截取并制備金相試樣，置于GX71光學(xué)顯微鏡下觀察，堆焊層
3、的金相組織為奧氏體+碳化物，試樣的檢測(cè)面發(fā)現(xiàn)多處沿晶裂紋，裂紋附近及兩側(cè)未發(fā)現(xiàn)異常組織，走向均與一次結(jié)晶方向一致，見(jiàn)圖1。圖1試樣裂紋的金相照片2(200X)1.3掃描電鏡分析利用EVO18掃描電鏡對(duì)金相試樣表面形貌進(jìn)行裂紋總體上分兩大類，第一類裂紋內(nèi)部存在大量雜質(zhì)，第二類裂紋兩側(cè)有大量的附著物，如圖2所示。對(duì)第一類裂紋內(nèi)雜質(zhì)利用INCAX-MAX型能譜儀進(jìn)行成分分析，其中碳化物為NbC，顆粒狀物質(zhì)主要為Cr、Ni的氧化物。第二類裂紋兩側(cè)附著物的主要成分是Ni、Nb的共晶化合物，按照原子比例看應(yīng)為Ni2Nb,在堆焊層未開(kāi)裂位置也發(fā)現(xiàn)了同樣的Ni2Nb共晶，如圖3所示。2堆焊
4、層兩類裂紋SEM照片圖3Ni、Nb共晶形態(tài)2分析與討論從綜合結(jié)果來(lái)看，裂紋主要是沿一次結(jié)晶的晶界擴(kuò)展，產(chǎn)生的主要途徑有兩類，一類是由于焊接過(guò)程中形成晶界或晶內(nèi)偏析，后凝固的晶界處由于堆積了大量的雜質(zhì)元素及硬質(zhì)碳化物，在焊接拉應(yīng)力的作用下形成結(jié)晶裂紋，裂紋在大厚度堆焊產(chǎn)生的殘余應(yīng)力下快速擴(kuò)展，形成宏觀裂紋；另一類是由于鎳基合金中Ni含量較高，在焊接過(guò)程中會(huì)致使富Ni的Ni2Nb共晶相在晶界及亞晶界處的偏析嚴(yán)重，Ni2Nb熔點(diǎn)較低［2］，平衡條件下僅為H75°C。共晶相使焊縫金屬的成分過(guò)冷度增大，實(shí)際結(jié)晶溫度區(qū)間變寬，促使柱狀晶粒長(zhǎng)大，晶界光滑平直，當(dāng)焊縫金屬中大部分已結(jié)晶完成
5、后，晶界及亞晶界處的殘留低熔點(diǎn)液相趨向于以液態(tài)薄膜的形態(tài)鋪展，成為焊縫金屬中的薄弱地帶，在焊縫結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用下，薄膜鋪展處產(chǎn)生開(kāi)裂，而此時(shí)的液相含量非常少使之無(wú)法填塞愈合裂紋，從而裂紋將萌生并沿著平直的晶界擴(kuò)展。對(duì)裂紋產(chǎn)生的預(yù)防應(yīng)向三方面入手，一是減少堆焊層成分偏析，二是減少堆焊層內(nèi)部共晶產(chǎn)物，三是降低堆焊及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。鎳基高溫合金的凝固順序與凝固時(shí)的溫度有關(guān)，溫度從高到低由Y—(Y+NbC)—(y+Ni2Nb)轉(zhuǎn)變［3］，而(Y+Ni2Nb)是非平衡共晶相，可通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)和冷卻速度使之降低甚至消除。另外建議采用攪拌熔池的方式進(jìn)行堆焊，焊后及時(shí)進(jìn)行消
6、應(yīng)力熱處理。3結(jié)論及建議3.1鎳基堆焊層裂紋為結(jié)晶裂紋，由晶界及亞晶界處的Ni2Nb共晶薄膜及雜質(zhì)元素導(dǎo)致。3.2大厚度堆焊使焊接殘余應(yīng)力過(guò)高，使結(jié)晶微裂紋快速擴(kuò)展。3.3建議調(diào)整焊接參數(shù)和冷卻速度，減少L—Y+Ni2Nb轉(zhuǎn)變，采用攪拌熔池的方式進(jìn)行堆焊，并及時(shí)進(jìn)行堆焊后熱處理消除殘余應(yīng)力。參考文獻(xiàn)：［1］中國(guó)焊接協(xié)會(huì)焊接材料分會(huì).中國(guó)焊接協(xié)會(huì)焊接材料行業(yè)綜述報(bào)告［J］.機(jī)械制造文摘(焊接分冊(cè))，2012.03［2］莫文林，張旭等.Nb含量對(duì)NiCrFe-7焊縫金屬組織、缺陷和力學(xué)性能的影響［J］金屬學(xué)報(bào)，2015.02［3］A.JRamirez，J.CLippold.Hi
7、ghtemperaturebehaviorofNi-baseweldmetal[J].MaterialsScience&EngineeringA.2004(1)
