GH4169合金中NbC析出和回溶规律对组织性能影响的研究

发布时间：2020-07-24 05:06

【摘要】：GH4169合金是一种镍基沉淀强化型合金,具有优异的高温强度、抗腐蚀性能、抗氧化性以及良好的焊接性等综合性能在航空航天领域有着广泛的应用。合金由γ基体相、γ″、γ′和δ强化相以及NbC颗粒组成。NbC相是GH4169合金主要碳化物,获得细小弥散的NbC有助于提高合金的强度和蠕变等机械性能。但在GH4169合金闪光焊接中发现焊接热影响区中出现粗大的NbC降低了焊件的拉伸性性能,闪光焊接焊缝的形成是在闪光后从焊接端面到两端形成合适的温度场,随后顶锻变形,在界面上发生动态再结晶形成焊缝,研究发现由于焊接温度与变形从焊缝到基体呈梯度分布,其NbC颗粒的尺寸、形貌、数量也具有规律分布的特征。通过热变形模拟的办法,研究焊接试样上不同区域的温度与变形对NbC变形的影响关系,由此获得通过对焊接顶锻变形参数的优化,实现对焊缝及热影响区NbC尺寸、形貌、数量进行控制的技术方案,满足高性能GH4169闪光焊接件制造需要。(1)利用热模拟实验模拟闪光焊接过程,采用OM、SEM、TEM等技术手段研究了热变形对NbC颗粒变化的影响规律。发现随着变形量增加NbC颗粒发生破碎和局部回溶,颗粒的尺寸和体积分数相应的减小。变形的绝热效应导致金属内部温度进一步升高,为变形过程中NbC颗粒的回溶提供条件。随变形量的增加NbC颗粒的平均间距迅速上升,NbC颗粒随变形量增加有从链状→链条弯曲→链条方向改变→弥散分布的分布特征。(2)针对GH4169闪光焊接过程,通过带熔合界面试样的热模拟实验,开展热变形对焊缝特征组织形成特点进行研究。基于动态材料模型的绘制了带熔合界面的GH4169合金的热加工图,结合热加工图和组织的变化表明在应变速率为0.1 s~(-1),温度1050℃的区域是界面,有利于形成闪光焊接焊缝特征组织。对热变形后,熔合界面到两端的NbC颗粒分布和尺寸观察,NbC颗粒由弥散分布逐渐转为条带状分布,NbC平均尺寸有先上升后下降的趋势。(3)根据热变形对NbC颗粒和组织的研究,进行了GH4169闪光焊接顶段参数优化,在设定闪光参数所形成的梯度温度场条件下,通过提高顶锻行程,增加焊缝处的变形量以及促进焊缝在较低的温度下完成动态再结晶,有效抑制了热影响区中粗大NbC的析出,拉伸性性能明显提高,指标几乎与原母材性能一致,原焊接试样拉伸断口上细小弥散的韧窝由大而深的韧窝所替代。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V252;TG132.3
【图文】：

结构示意图,固溶强化,原子半径,位错

图 1-1 NbC 的结构示意图以及配位八面体Fig 1-1 Schematic diagram of NbC and coordination octahedron3 合金的强化机制（1）固溶强化固溶强化是指通过在镍基合金中加入一些合金元素，使其形成单相奥氏体的强化。例如 Nb 和 Mo 元素的加入会引起晶格的畸变，产生与位错的弹场相互作用的应力场，从而阻碍了位错的运动的进行，造成滑移难以进行强化金属的作用。固溶的原子半径与 Ni 原子半径相差越大，对位错的阻越明显。尽管间隙原子造成晶格畸变的强化作用大于置换原子，但由于原体中的固溶度是有限的，因此实际的强化效果并不明显（2）时效强化GH4169 高温合金是一种以体心四方 Ni3Nb(γ′′)和面心立方 Ni3(Al, Ti, Nb)(

顶锻,闪光焊接,焊接定位,过程

贵州大学 2019 届硕士研究生学位论文除氧化物和液态过热金属层提供条件。顶锻阶段是指在闪光结束后，对焊件施加顶锻力，将液态过热金属挤压出焊缝使两端面充分贴合，发生动态再结晶，形成共同的晶粒。这个过程需要有足够的顶锻速度和足够的顶锻力，以便快速排除过热金属和氧化夹杂物并使接头发生足够的塑性变形。保持和休止阶段对于形成优质的焊接工件不可或缺。在顶锻完成后，由于温度场的存在，焊缝处的温度仍然处于较高的温度，焊缝结合强度较低，若不继续保持压力，往往会在成局部开裂影响工件性能

宏观照片,试样,界面,热模拟

图 2-1 热模拟工艺路线Fig 2-1 Thermal simulation route2.2.2GH4169 焊接试样热压缩变形特征及其界面组织的变化研究选用 Automation international, inc. F9 型闪光焊接机将截面尺寸为 40 mm×120 mm 的 GH4169 合金型材进行闪光，闪光后所得试样的宏观图片如图 2-2。将闪光所形成的界面至于中心位置，利用线切割沿型材轧制方向切取尺寸为 Φmm×12 mm 的圆柱形热模拟试样如图 2-3 所示。以 25℃/s 的升温速率分别加热至 1000℃，1050℃，1100℃，1150℃后保温 25 秒进行压缩，变形量为 60%，应变速率分别为 0.1 s-1，1 s-1，10 s-1，15 s-1，压缩变形后采用空冷，同样在圆柱底部涂覆石墨以及放置钽片减小摩擦造成的能量消耗，具体工艺路线如图2-4所示变形期间系统自动记录应力和应变数据。时间 t/s

【参考文献】