磁场作用下镍基高温合金固态相变行为及力学性能研究

发布时间：2019-05-08 13:25

【摘要】：DZ483合金是第一代定向凝固镍基高温合金,主要应用于燃气轮机中。由于合金在定向凝固过程会造成枝晶偏析,这就要求对合金进行合理的热处理来改善合金的组织及力学性能。近几十年来,磁场热处理技术得到广泛的关注,尤其是磁场下铁磁性合金的热处理研究取得了丰硕的成果。目前,人们对磁场下非铁磁性合金固态相变行为的研究非常有限。因此,本文以非铁磁性材料DZ483镍基高温合金为研究对象,分别研究静磁场和交变磁场对DZ483合金固态相变行为及力学性能的影响。同时,探讨磁场作用下合金元素Al,Cr在Ni中的扩散行为。采用静磁场研究DZ483合金固态相变行为。研究发现,磁场热处理使合金中γ′相尺寸略有减小,抑制γ′相由球形转为立方形。延长时效时间,磁场时效处理使枝晶间γ′相呈顶角钝化的立方形析出,而无磁场时效处理使枝晶间γ′相呈筏化组织。磁场能抑制γ′相的主要形成元素Al,Ti的扩散,从而降低γ′相的长大速率,使γ′相尺寸略有减小。无磁场长期时效处理使偏析较为严重的枝晶间区域得到充分扩散,促进γ′相长大,并且在共晶组织附近γ′相排列紧密从而使两相之间产生内应力,形成筏化组织。而施加磁场使合金中部分合金元素的扩散受到抑制,从而降低γ′相的长大速率。因此,磁场时效处理后枝晶间并没有发现筏化组织。对磁场热处理后的DZ483合金进行力学性能分析,发现静磁场可以提高合金的显微硬度和抗拉强度。磁场使元素Cr、Al、Ti和Mo趋于分布在枝晶干,引起晶格畸变,使合金枝晶干区域得到强化,从而提高了合金的显微硬度。12 T磁场作用下得到的球形γ′相的数量明显大于无磁场作用下得到的立方形γ′相的数量,γ′相的数量越多,强化效果越好,强度越高。利用交变磁场研究DZ483合金的固态相变行为。交变磁场固溶处理后的DZ483合金中γ′相明显长大,且分布均匀。交变磁场时效处理使γ′相呈规则的立方形析出,无交变磁场作用时γ′相呈球形析出,研究发现交变磁场能促进γ′相由球形转变为立方形,加速相变发生。交变磁场能够提高合金的显微硬度和抗拉强度,降低合金的延伸率。当施加0.1 T交变磁场时,合金的抗拉强度提高约4.5%,延伸率下降约2.9-5.6%。研究静磁场作用下Ni/Ni-6.3wt.%Al扩散偶中Al在Ni中的扩散行为,发现静磁场可以降低Al在Ni中的扩散系数和扩散距离。静磁场是通过降低频率因子而不是扩散激活能来抑制Al在Ni中的扩散。采用电镀法研究静磁场下Ni-Al反应扩散行为,发现有、无磁场作用下扩散界面均形成Ni2Al3相和NiAl3相。施加静磁场可以抑制Ni2Al3相的生长,静磁场是通过降低Ni2Al3相的生长常数来抑制Ni2Al3相的生长,而对Ni2Al3相的反应激活能无明显影响,且磁场对反应层厚度的影响具有方向性。研究不同磁场方向对Ni/Ni-10at.%Cr扩散偶扩散行为的影响。结果表明,磁场平行于扩散方向时对Cr在Ni中的扩散抑制作用较强,而磁场垂直于扩散方向时对Cr在Ni中的扩散抑制作用较弱。利用交变磁场研究Ni/Ni-10wt.%Cr扩散偶的扩散行为。交变磁场可以提高Cr在Ni中的扩散系数和扩散距离。交变磁场是通过提高频率因子而不是扩散激活能来促进Cr在Ni中的扩散。
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【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG132.3

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