常用金属材料密度表(Inconel600材料成分镍600合金密度圆钢计算重量)

Posted 2023-05-25

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常用金属材料密度表(Inconel600材料成分镍600合金密度圆钢计算重量)

微动是指两个接触表面发生极小振幅( 一般为微米级) 的相对运动，常发生在近似紧密配合构件接触表面上。由于流致振动等的影响，微动是核电站设备中不可避免的现象．在几乎整个核电系统的各个部分，例如压力容器、燃料组件、控制棒组件、堆内构件、蒸汽发生器、换热器、主泵和管道部件都存在微动现象。传热管失效将导致传热效率下降，严重的情况下会导致一回路放射性污染和整个蒸汽发生器的报废．微动损伤已成为蒸汽发生器失效的主要原因之一。目前，国内外衣有关于Inconel 600 和 690等热交换管材料微动磨损行为的研究，但针对高温微动损伤和机理的研究相对较少。本研究主要针对 Inconel 600合金的高温微动特征和损伤机理，为核反应堆关键部件抗高温微动损伤提供理论和实验依据。

实验材料

上试样是直径为 10 mm 的 304 不锈钢球，表面粗糙度Ｒa≈0. 04 μm，硬度 HV 700; 下试样是 Inconel 600合金板，厚度为 2 mm，其化学成分如表 1 所示．将Inconel 600薄板切割为 15 mm × 15 mm × 2 mm 块体，试样表面经研磨抛光至Ｒa≈0. 04 μm，除油清洁后，将食盐放入自制的夹具中．

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微动磨损实验

微动磨损实验仪器为德国 Optimol 公司生产的SＲV 摩擦磨损试验机，微动磨损结构示意图见图 1．微动磨损实验在高温无润滑条件下进行，摩擦副接触方式采用球/平面接触，微动方式为切向微动．微动机械条件为: 载荷 100 N，振幅 90 μm，频率 20 Hz，时减30 min．实验温度在核电站蒸汽发生器工作的温度范围为 280 ～ 340 ℃ ．实验前将试样浸泡于乙醇中，超声波清洗 20 min。

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磨痕形貌分析

微动磨损实验结束后，将试样浸泡于酒精中，超声波清洗 20 min，自然干燥 24 h，用三维白光干涉表面形貌仪观察磨痕三维形貌并获取磨损体积; 用扫描电子显微镜观察磨损表面和截面的形貌; 用能谱仪获取磨痕表面的化学组成; 用 X 射线光电子能谱仪研究磨痕表面氧化层的成分和组成。

温度对摩擦系数和磨损体积的影响

图 2(a) 为不同实验温度下摩擦系数(μ) 随着时间的变化曲线．从图中可以看出，摩擦系数随时间的变化可分为两个阶段: 第一阶段，微动初始，合金表面膜被迅速破坏和去除，上下试样作用增强， μ 处于上升期; 第二阶段，磨屑的产生和排出基本达到动态平衡， μ进入相对稳定的阶段．在稳定阶段，随着温度增加， μ 逐渐降低．图 2(b) 为不同温度下平均摩擦系数和磨损体积随温度的变化曲线．从图中可以看出，平均摩擦系数和磨损体积随温度升高逐渐减小，且二者的变化趋势相同．这是由于温度升高，摩擦氧化作用逐渐增强，有利于磨屑层的形成，其发挥承载和减摩的作用逐渐增强。

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图 3 为 Inconel600 合金在不同温度下三维白光干涉表面磨痕形貌图．从图中能够看出: 所有温度下微动都处在典型的部分滑移区; 室温下磨痕表面凹凸起伏较大，温度较高时磨痕表面变得较圆滑; 中心黏着区和环状滑动区的交界处形貌发生突变，这里是微动裂纹的萌生高发区。

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损伤分析

图 4 为不同温度下 Inconel600 合金的磨痕形貌图及其相应氧元素分布情况．室温下中心黏着区划伤明显，呈椭圆状(图 4(a) 所示) ，高温下中心黏着区没有明显划痕，呈较光滑的球面压坑( 图 4( b) ～ ( d) 所示) ; 所有温度条件下中心黏着区氧元素分布极少，氧元素大量分布在环状滑动区，说明高温和室温下环状滑动区被大面积氧化．高温条件下滑动区的氧元素环边界较室温下更加清晰，说明高温条件下氧含量更高．随着温度的升高，环状滑动区的面积逐渐减小，中心黏着区域的面积呈增大趋势．这表明提高温度有利于黏着区的形成，抑制微滑区的产生。

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选取280℃下磨痕表面进行中心黏着区和环状滑动区两个典型区域的X射线光电子能谱分析，研究磨痕表面氧化物的相组成，结果如图5所示．对比可知，中心黏着区和环状滑动区的表层相组成差别很大，中心黏着区存在 Ni、Cr 和 Fe的单质，而环状滑动区只有基体 Ni 单质存在; 中心黏着区和环状滑动区存在氧化物的形式一样，为 NiO、Cr 2 O 3 和 Fe 3 O 4 。

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图 6 为不同温度下 Inconel600 合金的磨痕中心与边缘形貌图．室温下磨损较严重，中心凹凸不同，颗粒剥落，形成剥层(图 6(a) 所示) ．高温区的磨损轻微，中心较平滑，颗粒剥落不明显，剥层较少(图 6(b) ～(d) 所示) ．随着温度的升高，中心黏着区和环状滑动区沿微动方向的划痕和犁削逐渐减少，表面逐渐变平整。这是由于温度升高，氧化速率加快，表面氧化层逐步变厚并牢固的附在基体上，有好的耐磨性。随温度的升高，环状滑动区的宽度逐渐减少( 图 6( e) ～(h) 所示) 。不论室温还是高温条件下，在中心黏着区和环状滑动区的交界处都发现了裂纹。

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图7为不同温度微动磨损所得磨痕的横截面形貌图，图 8 为图 7 中 A、 B 两处的局部放大形貌图．从图中可以看出，30、310 和 340 ℃ 在磨痕表面中心黏着区和环状滑动区的交界处的下方都产生了裂纹，且裂纹发展方向大致相同; 但310℃ 和 340℃ 下裂纹萌生数量更少，发展的长度更小，这可能是由于温度升高，磨屑在接触表面上逐渐堆积，使得应力分布均匀，应力集中有所减弱，从而阻止裂纹的萌生和扩展。

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图9为磨痕截面特征区域(1# 、2 # 和 3 # 分别为图 7中 340 ℃ 条件下中心位置、环状滑动区位置和垂直于裂纹扩展方向位置) 的能谱结果．由图分析可知，黏着区表面没有较厚的氧化层形成，环状滑动区表面存在约 2 μm 厚的氧化层，裂纹两侧氧含量很低。

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结论

(1) 温度升高有利于黏着区的形成，抑制滑动磨损的发生，促使摩擦系数和磨损量逐渐减小。

(2) 摩擦氧化主要发生在磨痕的微化区，中心黏着的人相对很少; 高温条件下氧元素分布较室温下更加聚集。

(3) 中心黏着区表面氧含量较低，表层存在大量Ni、Cr 和 Fe 的单质; 磨痕表面氧化物由 NiO、 Cr 2 O 3 和Fe 3 O 4 组成。

(4) 室温和高温下磨痕表面黏着区和微滑区交界处都产生了微裂纹，高温下裂纹萌生在危化区，与室温下相比，高温下萌生裂纹的数量更少，长度更小。

常用金属材料密度表(Inconel600材料成分 镍600合金密度圆钢计算重量)

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实验材料

微动磨损实验

磨痕形貌分析

温度对摩擦系数和磨损体积的影响

损伤分析

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