C2000合金中超点阵相的相变行为与力学性能

发布时间：2018-06-05 01:46

本文选题：Hastelloy + C2000合金　；参考：《西北工业大学》2016年博士论文

【摘要】：Ni-Cr-Mo基合金是一类具有优异耐腐蚀性能的固溶强化型耐蚀高温合金,尤其是既耐氧化性介质腐蚀又耐还原性介质腐蚀的Hastelloy C2000合金,已成为高温烟气除尘用过滤网最具前景的备选材料之一。当C2000合金构件长期服役在450-700 oC高温腐蚀环境中时,等效于对合金长程时效。在此温度范围内,低Mo/Cr比的C2000合金中能够沉淀析出纳米尺度的超点阵相,而超点阵相的析出将显著地影响合金的力学及腐蚀性能。然而,关于低Mo/Cr比的Ni基高温合金中超点阵相的相变机制、属性特征及其对力学性能的影响等的研究不足。这些问题的解决,对优化合金的服役寿命以及拓展其在核电工业中的应用具有重要的意义。本文以美国Haynes公司提供的C2000合金为研究对象,探讨了短程有序(SRO)的行为特征;研究了长程有序(LRO)的相变行为、属性特征、热稳定性以及冷变形对LRO的影响规律;揭示了Pt_2Mo型超点阵相诱发的室温拉伸锯齿状应力-应变曲线的形成机制;对比分析了高温拉伸应力-应变曲线上锯齿流变(PLC)效应的形成原因。本文的主要研究内容和所取得的创新成果如下:试样经固溶水淬后,其透射衍射斑中在{1?0}处显示出了强度微弱的衍射斑点,即低Mo/Cr比的C2000合金中{1?0}SRO的形成速率缓慢。低Mo/Cr比的C2000合金中能够沉淀析出单一类型的Pt_2Mo型超点阵相,析出的温度范围为500-600 oC,且在600 oC时超点阵相的析出速率达到了峰值(t=100 h)。Pt_2Mo型超点阵相的尺寸及其体积分数均随时效时间以及时效温度的增加而增大。此外,该类型超点阵相呈现出边缘具有“晕”特征的三维椭球状形貌特征,且在基体中的分布无特定取向。当沿[100]fcc、[110]fcc和[112]fcc时,Pt_2Mo型超点阵相的6个等价变体与γ相之间存在如下的位向关系:[001]γ//[010]Pt_2Mo、[110]γ//[100]Pt_2Mo、[1—12]γ//[11—1]Pt_2Mo//[111]Pt_2Mo//[110]Pt_2Mo。另一方面,经600 oC/500 h获得的Pt_2Mo型超点阵相的化学计量比为Ni1.68(Cr0.81Mo0.19),是一富Cr贫Mo有序相,且Cr、Cu、Fe和Mn元素偏聚在椭球状的外层。在650-800 oC/100 h工艺下,合金中未沉淀析出其它类型的超点阵相,只伴随有富Mo相和碳化物的析出。研究了冷变形对C2000合金中相变行为的影响规律。705 oC/16 h+605 oC/32 h前的冷变形促进了颗粒状σ-FeCr的析出。600 oC/500 h前的冷变形除了影响Pt_2Mo型超点阵相的分布外,还诱发了M6C的析出。550 oC和600 oC前的冷变形分别促进和抑制了Pt_2Mo型超点阵相的析出。主要归因于等温时效前的冷变形改变了Pt_2Mo型超点阵相析出时的等温TTT(温度-时间-转变)曲线的位置,位置的改变使其TTT曲线的“鼻尖”温度更接近550 oC而远离600 oC。在600 oC长期热暴露过程中,Pt_2Mo型超点阵相保持了良好的热稳定性,与fcc基体界面之间保持良好的共格界面关系。随着热暴露时间t的延长,超点阵相的晶体结构保持不变,只是其尺寸增大,且其长轴的三次方与t遵从线性关系。超点阵相的形貌随热暴露时间(t=100-340 h)的变化而变化,即从圆球状逐渐演变为椭球状。同时,沿[112]fcc时,超点阵相的3个变体随t的延长出现了“倒易杆”,且出现“倒易杆”的变体依次由1个增加到3个。形貌的演变以及“倒易杆”的出现主要是由体系应变能的降低所引起的。然而,当t延长至600 h时,具有椭球状特征的Pt_2Mo型超点阵相及其变体的“倒易杆”特征又随之消失,这主要归因于超点阵相长大-粗化到一定程度,相与相之间相互重叠而影响了上述两个特征,这可以由衍射花样中在1/3(200)和1/3(020)处出现的额外衍射斑点得到证实。另一方面,冷变形后在短时热暴露过程中,Pt_2Mo型超点阵相呈现出“雪花状”形貌,当延长热暴露时间时,其形貌又从“雪花状”转变为圆球状。热-压应力的双重作用不会改变Pt_2Mo型超点阵相的晶体结构,在其双重作用下,主要以位错切过超点阵相的方式进行塑性变形。纳米尺度的Pt_2Mo型超点阵相能够显著地提高C2000合金的室温以及高温(200-600 oC)拉伸屈服-抗拉强度,并保持较高的室温延伸率(40%)。室温拉伸过程中,Pt_2Mo型超点阵相诱发了锯齿状应力-应变曲线的产生。该锯齿状应力-应变曲线是由大-小锯齿相互嵌套而构成,大-小锯齿分别归因于Pt_2Mo型超点阵相诱发的基体孪生及其超点阵相自身的孪生。高温拉伸阶段,在200 oC时,有无Pt_2Mo型超点阵相的试样的应力-应变曲线均只表现出正常的光滑状特征;而在400-700 oC时,有无Pt_2Mo型超点阵相的试样的应力-应变曲线却表现出锯齿状特征。锯齿的类型均随温度的变化而变化。有无Pt_2Mo型超点阵相的试样中的锯齿类型随拉伸温度从400 oC→600 oC→700 oC的变化分别为B+E→C+E→C+B和A→B→B+E,其中,字母代表锯齿的不同类型。在有锯齿流变出现的拉伸温度范围内,运动位错与溶质原子之间的交互作用贡献于不含超点阵相试样的锯齿流变(PLC)效应的发生。而对于含超点阵相的试样,引起PLC效应的因素则随应变速率的变化而变化,即应变速率从10-3增大到10-2再增大到10-1 s-1时,PLC效应产生的因素依次为单滑移→单滑移→单滑移+形变孪晶。此外,当合金试样在T=600 oC及σ=300 MPa条件下进行高温蠕变测试时,Pt_2Mo型超点阵相能够减小合金在第二阶段的蠕变速率,即从0.01176%/h(无超点阵相)下降到0.01053%/h(有超点阵相)。
[Abstract]:Ni - Cr - Mo base alloy is a kind of solid - solution strengthened corrosion - resistant high - temperature alloy with excellent corrosion resistance . It has been used as one of the most promising candidate materials for high - temperature flue gas dedusting filter screen . The results are as follows : In this temperature range , the phase change mechanism , property characteristics , thermal stability and the influence of cold deformation on the mechanical properties of the alloy are studied . On the other hand , the chemical stoichiometry of Pt _ 2Mo superlattice phase at 600 oC / 500 h has been investigated . The results show that the cold deformation of Pt _ 2Mo superlattice phase has no specific orientation . In the 650 - 800 oC / 100 h process , the cold deformation of Pt _ 2Mo superlattice phase promotes and suppresses the precipitation of Pt _ 2Mo superlattice phase . In the 600 oC long - term thermal exposure , the crystal structure of the superlattice phase is kept constant , but the crystal structure of the super lattice phase changes with the change of the thermal exposure time ( t = 100 - 340 h ) . The appearance of the superlattice phase changes with the thermal exposure time ( t = 100 - 340 h ) . On the other hand , when t is extended to 600 h , the stress - strain curve of Pt _ 2Mo - type superlattice phase with ellipsoidal characteristic changes from " snowflakes " to a circular ball shape .
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.15

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