W部超导应用“一种防止难变形镍基高温合金铸锭开裂的重熔工艺”专利，减轻铸锭头部偏析、降低补缩时间以及降低开裂倾向
金融界 2024 年 8 月 4 日消息，天眼查知识产权信息显示，W部超导材料科技股份Co应用一项名为“一种防止难变形镍基高温合金铸锭开裂的重熔工艺“，公开号 CN202410568315.X，应用日期为 2024 年 5 月。
专利摘要显示，本发明公开一种防止难变形镍基高温合金铸锭开裂的重熔工艺，难变形高温合金的 Al+Ti+Nb 的质量分数大于 7.5％，所述难变形镍基高温合金铸锭通过真空感应熔炼 + 中间合金法保护气氛电渣熔炼 + 中间合金法电磁搅拌真空自耗熔炼工艺三联工艺制备，或通过真空感应熔炼 + 中间合金法电磁搅拌真空自耗熔炼工艺两联工艺制备，其中，真空感应熔炼制备的铸锭经加工后，在其头部焊接有镍基中间合金过渡段作为下一步骤的电极。本发明巧妙地达到减轻铸锭头部偏析、降低补缩时间以及降低开裂倾向的目的。
本文源自金融界
镍基高温合金617，是如何利用EBSD测量，进行拉伸强度变形行为
文/麒阁史观
编辑/麒阁史观
前言：
镍基高温合金617具有出色的高温、高强度和耐腐蚀性能，在航空航天、石油化工、能源和热处理等领域有广泛的应用。随着科学技术的不断发展，该合金的性能和应用前景还将得到不断拓展和提升。
对于利用EBSD元模拟和光流法研究了镍基高温合金617的拉伸强度变形行为，也为镍基高温合金，提供了长期的稳定性和足够的机械性能。
镍基高温合金incone6l617拉伸强度变形行为镍基高温合金，在永久超过500度的温度下，可提供足够的机械性能。在航空发动机或发电厂涡轮叶片和铸造合金盘导都能够很好的利用。这里的合金IN 617用于高温管道、燃烧罐或热气体过渡衬垫。
随后的热处理通常用于通过相干Ni3（Al，Ti）c0沉淀硬化来提高机械强度，所有镍基超合金的晶体各向异性因子都大于2.5。根据结构的不同，杨氏模量可以在130到330 GPa 之间变化。
许多研究表明，应变和滑移带Bi形成生的关系，总是与静态或循环载荷中的局部塑性变形有关。
例如通过数字图像相关结合电子后向散射衍射（EBSD），采用有限元法（FEM）对考虑局部刚度的张量，以及施密德因子单轴载荷作用下的人工晶粒结构进行了模拟。在以往的研究中，考虑局部刚度张量和局部因子被描述为E-m模型。
施密德定律描述了产生的剪应力sres在单轴拉伸强度载荷，其角度滑平面正常k和角度方向j，对拉伸强度轴结合施密德因子从而得出，低E的晶粒在变形后弹性变形增大，在塑性前伸长变长。
此外，相邻晶粒的Em导致应力浓度的增加，这是潜在的疲劳裂纹起始点，与组件设计中具有高安全因素的保守确定性方法相比，所有这些研究都考虑了局部杨氏模量和施密德因子。
镍基高温合金incone6l617在拉伸强度载荷下的变形行为，通过扫描电镜和伴随的EBSD测量中的原位载荷进行了实验分析。讨论了两个样本的结果，并参考了之前研究的样本，并进行比较。
将EBSD数据用于一种图像配准方法，该方法利用方向信息来识别并将每个测量点从初始状态转移到加载状态，称为光流法（OFM）。
利用EBSD数据建立了相同加载场景下的有限元模拟的虚拟模型。对两种方法的结果进行比较、验证，并与上述Em模型相关。
日常生活中NiCr23Co12Mo合金IN 617被广泛应用于涡轮组件中，由于其晶粒结构可以接近沃罗诺伊镶嵌，因此被选择用于本研究，这使得一个相对简单的颗粒识别能够直接解释的结果。
因为原位扫描电镜EBSD测量只在样品的一侧进行，并证明了准二维方法使用在模拟过程中，研究了厚度为0.5 mm的薄样品。采用直线截距法测定了0.585mm和0.507mm热处理后的平均晶粒尺寸。
由于这些值大于样品的厚度，可以推断在样品的厚度基本上只有一个晶粒，这使准二维方法合法化。对样品1进行了大的弹性和塑性变形，直到破裂并进行EBSD测量。
由于晶粒尺寸大、样品厚度小、弹性各向异性强，样品不一定在仪表中破裂，而是在锥形仪表-轴过渡中破裂。
随后要经过加热处理，经过热处理后，氧化层以下仍有* 100 lm的氧化层和高达500 lm的孔隙率增加。因此从两侧开始研磨薄片，直到从未受损的材料体积中提取0.7mm厚的样品，将样品研磨到0.5 mm的厚度，抛光和蚀刻（吸附剂）进行研究。
拉伸强度加载和EBSD测量拉伸强度载荷由安装在FEI Quanta 600 SEM真空室中的一个拉伸强度压缩模块施加，带有安装试样的载荷框架。I-V区域标记了每个应用载荷水平的EBSD测量的部分。
EBSD测量是使用工作距离为18 mm的hkl通道和20kv EBSD系统进行的。EBSD测量伴随着二次电子图像，从而进一步记录变形。考虑到测量方向的变化，所以用到了自适应的输运方程。
数值结果表明，这些模型能够重建大小的位移场，以合成和真实数据。四面体网格在晶粒中心相对粗糙，但根据算法在晶界处进行了细化。在最后一步中，通过实现定向材料特性和边界条件，最终为Abaqus中的模拟准备了模型。
第一个样品变形至破裂，同时用EBSD测量整个仪表长度，直到exx的总纵向应变2：74%时为止。在较高的变形水平下，EBSD不能提供可用的数据，但继续通过SE成像进行观察。
应力-应变显示了样品1拉伸强度试验到破裂的不同阶段，应力-应变图显示在200 MPa下为0：41%的线性弹性变形，拉伸强度试验以应变率为0.4%/min进行的。在弹性范围内，样品显示出较大的伸长率，直到断裂。
在初始状态下，塑性应变的增加导致表面形貌发生了明显的变化，在所有晶粒中都表现出或多或少明显的滑移带。此外，在环绕区域可以观察到晶界和靠近晶界的变形错配导致明显的局部变形，随后出现断裂。
将EBSD数据进行OFM测定应变，此外E、m和Em的确定以及基于后来用于FE模拟的EBSD数据重新计算的晶粒结构所示。尽管部分晶粒的索引质量较低，但利用MTEX算法成功地重建了晶粒结构。
未变形的弹塑性变形状态的平均取向，以及在有限元模拟计算出的开始塑性变形，因为有限元模型仅适用于初始塑性变形，正如预期的那样，塑性变形导致了平均错位的整体增加。根据有限元模拟，从而观察到塑性变形最高的晶粒变化最明显。
通过FE模拟得到的应力、应变和剪应力、微观结构中的应变带和OFM计算得到的应变场。从而得到拉伸强度试验结果，通过将应力张量和修正的施密德因子的乘法计算得到的主动滑移系统的剪应力。
考虑Hooke定律和拉伸强度载荷模型，对模拟的应力和应变进行了分析。不同取向的晶粒与各向异性弹性的相互作用使应力状态复杂化。然而Em模型至少得到了有限元模拟的定性证实。
证实了在纯弹性体系中，大多数具有较低杨氏模量的颗粒比具有较高杨氏模量的邻近颗粒，表现出更高的局部变形。此外，在塑性变形开始时，这些颗粒将高于纵向应变。
相对于滑移系统的颗粒表现出较高的剪应力，并对应于开始塑性变形的面积。在循环载荷下可能导致疲劳失效。模拟的应力和应变行为符合塑性变形的Em模型理论，验证了建立的有限元模型。
此外，裂纹起始发生在Em不同的两个晶粒之间，并显示出局部应变的增加。近似均匀应力进行广泛分布，74%表明一个完整的样品和揭示了应用有限元模型的极限.
因为应力是由连续力学计算，但晶体塑性必须考虑正确的模拟局部应力的高塑性应变。
第二种表征方法是用光流法测定局部应变，在标称应变为2：74%下的模拟应变分布与OFM确定的相关应变场进行比较。并与材料晶粒结构进行强烈对应的局部变化的模拟应变不同。
OFM计算出的应变分辨率，被限制在三个相对较大的变形相似的区域中。这对于应变的大小是合理的，应变最高的面积与后期裂纹起始的面积相关。此外其他一些区域在所有情况下进行匹配。
通过扫描电镜观察到在较大应变下的样品状态来检测滑移带，在EBSD中获得了更好的指数率，因此，通过OFM可以更准确地测定应变。
然而，尽管每个区域的测量点数量要大得多，但变形越小单个测量点的变换就越低，初始状态与变形状态之间的变化比例也要小得多。EBSD数据和重建的晶粒结构与样品的数据相比，分辨率更高，重建的晶粒结构更准确。
由于滑移带是通过对表面的扫描电镜观察，来直观地检测到的。因此在塑性变形的开始和产生的滑移带的可见性之间可能存在延迟。然而，在模拟中，所有包含滑移带的颗粒都显示出塑性染色。
在模拟中显示出塑性变形，但没有可见的滑移带。OFM根据初始状态和exx之间的EBSD数据测定的应变。有三个特征区域的最高值在0.4%左右，模拟应变在整个区域的分布更均匀，在多个地方达到Max值0.3%。
然而，由OFM确定的Max应变区域与较大的模拟应变区域相一致，并包含了一些达到有限元法确定的Max变形的区域。然而，OFM与有限元模拟确定的应变之间的一致性甚至小于样品1。
尽管分辨率和索引率更高，但测量点的转换与研究面积大小和应变对于移步有关，并且明显限制了OFM分析的质量。
利用SEM、 EBSD数据研究了镍基高温合金IN 617样品，在拉伸强度载荷作用下的力学行为。行为分析使用图像配准方法-光流方法，该方法已经在以前的工作和一个特别开发的有限元模型中提出。
根据所建立的Em模型和胡克定律，考虑了模拟的应力和应变。结果证实了E-m模型和有限元模型在塑性变形开始之前的有效性，有限元模拟包括基于连续介质力学的塑性变形，但是没有显式的晶体塑性模型。因此，该结果只有效到塑性变形的开始。
由OFM测定的应变场与两个样品的有限元模拟，只有有限的相关性。对于样品1，检测到后期裂纹起始区域和微观结构对局部变形的一些冲击性能与有限元模拟一致。样品2在OFM与FEM测定的菌株之间的总体相关性较差。
考虑晶粒结构和弹性各向异性，成功建立了连续介质力学的弹塑性有限元模型。该模型被成功地验证了，直到塑性变形的开始。
总结通过有限元模拟和实验观察，证实了在单个晶粒中产生的平均应力和应变以及滑移带的形成。
OFM计算结果与有限元计算结果之间的一般相关性有限，OFM在应变场测定中的成功应用既需要足够大的位移，即与变形相关的大量测量点和非常高的索引率。
研究镍基高温合金617的拉伸强度变形行为，对于深入理解其力学性能和在实际应用中的可靠性至关重要。通过上述研究方法和实验手段，可以深入理解镍基高温合金617的拉伸强度变形行为，为其在实际应用中的设计和优化提供基础和指导。此外，还可结合数值模拟和多尺度研究，进一步理解其变形机制和改善其性能。