Ảnh hưởng của quá trình lão hóa lâu dài đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của hợp kim chịu nhiệt Haynes282
Để nâng cao hiệu suất nhiệt của các nhà máy nhiệt điện than, giảm ô nhiễm môi trường và cải thiện việc sử dụng tài nguyên, việc phát triển các nhà máy điện siêu tới hạn đã trở thành một trong những biện pháp hữu hiệu. Hiệu suất nhiệt của các nhà máy nhiệt điện than được cải thiện chủ yếu bằng cách tăng các thông số hơi, cụ thể là nhiệt độ và áp suất hơi. Việc cải thiện các thông số hơi nước đặt ra yêu cầu cao hơn về tính năng bền ở nhiệt độ cao của vật liệu. Khi nhiệt độ hơi nước đạt tới 700 độ trở lên, thép ferritic truyền thống và thép austenit mới không còn đáp ứng được yêu cầu sử dụng và phải sử dụng hợp kim chịu nhiệt gốc niken.
Hợp kim Haynes282 là hợp kim chịu nhiệt dựa trên niken được tăng cường tuổi tác. Hợp kim này có độ bền rão ở nhiệt độ cao, độ bền đứt do biến dạng và độ ổn định nhiệt tốt và đã được chọn là một trong những vật liệu ứng cử viên cho các thiết bị siêu tới hạn tiên tiến 700 độ. một. Hiện nay, các báo cáo nước ngoài chủ yếu tập trung vào nghiên cứu về khả năng chống oxy hóa hơi nước, khả năng hàn và đặc tính mỏi của nó. Có rất ít nghiên cứu và báo cáo về những thay đổi trong quá trình tiến hóa vi cấu trúc và tính chất cơ học trong quá trình lão hóa hợp kim. Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu những thay đổi về cấu trúc và tính chất cơ học của hợp kim 282 trong quá trình lão hóa lâu dài ở 700 độ và phân tích tác động của những thay đổi trong cấu trúc đến các tính chất cơ học.
Vật liệu thử nghiệm sử dụng phương pháp nấu chảy chân không nặng 25kg. Sau khi đồng nhất và ủ, nó được rèn thành thanh tròn Φ16mm. Sau khi xử lý nhiệt tiêu chuẩn (1120 độ ×2h, làm mát không khí + 1010 độ ×2h làm mát không khí và 788 độ ×8h, làm mát không khí), vật liệu thử nghiệm được ủ ở 700 độ trong 100, 300, 1000 và 3000 giờ tương ứng.
Sau khi lão hóa, các mẫu kim loại được nghiền và đánh bóng, sau đó điện phân bằng dung dịch nước HNO3 60%. Cấu trúc vi mô sau đó được quan sát và kết hợp với phân tích phổ năng lượng để xác định sự phân bố của các nguyên tố pha kết tủa. Quan sát hình thái của pha kết tủa và xác định loại pha kết tủa, đo giá trị độ cứng và kiểm tra khả năng hấp thụ năng lượng tác động ở nhiệt độ phòng của hợp kim. Cuối cùng, phân tích pha mịn được thực hiện trên các mẫu lão hóa và các mẫu được chiết bằng điện phân để tách từng pha kết tủa khác nhau để phân tích XRD và phân tích định lượng hóa học. Kết quả kiểm tra như sau:
(1) Khi thời gian lão hóa tăng lên, ranh giới hạt cacbua M23C6 và cacbua MC nội hạt của hợp kim Haynes282 sẽ phát triển. Giai đoạn ' phát triển chậm theo thời gian lão hóa kéo dài. Nó vẫn ở dạng hình cầu sau 3000 giờ lão hóa và được phân bố mịn và khuếch tán trong nền.
(2) Năng lượng hấp thụ tác động của hợp kim ở trạng thái xử lý nhiệt tiêu chuẩn là 20,5J. Khi thời gian lão hóa tăng lên, năng lượng hấp thụ tác động giảm nhanh chóng. Trong khoảng từ 300 đến 3000h, năng lượng hấp thụ va đập của hợp kim duy trì ở mức khoảng 10J. Sự phân bố liên tục của cacbua M23C6 ở ranh giới hạt là nguyên nhân quan trọng khiến năng lượng hấp thụ va đập của hợp kim 282 thấp. Khi thời gian lão hóa tăng lên, các cacbua ranh giới hạt trở nên thô hơn và phát triển, khiến năng lượng hấp thụ va đập của hợp kim 282 giảm dần.
(3) Độ cứng của hợp kim 282 tăng theo thời gian lão hóa. Sau khi xử lý nhiệt tiêu chuẩn, giá trị độ cứng của hợp kim thấp. Sau khi lão hóa trong 100 giờ, giá trị độ cứng tăng đáng kể từ 272HBS ở trạng thái xử lý nhiệt tiêu chuẩn lên 342HBS. Sau khi lão hóa từ 300 đến 3000 giờ, giá trị độ cứng tăng lên nhưng xu hướng chậm lại. Do hàm lượng pha ' ở trạng thái xử lý nhiệt tiêu chuẩn thấp nên độ cứng của hợp kim thấp. Sau khi lão hóa lâu dài, hàm lượng pha 'tăng lên và các hạt phát triển đáng kể, do đó độ cứng của hợp kim tăng lên.
