扭转过程中镍基合金渗铝层微裂纹形成及应力分布

发布时间：2020-08-25 01:18

【摘要】：镍基合金渗铝可显著提高其抗高温氧化性能。渗铝镍基合金在服役过程中将会受到应力作用,导致渗层产生微裂纹。本文采用热扩散方法,在K403合金表面制备渗铝层,研究在扭转应力作用下,K403合金渗铝层微裂纹的形成和扩展。本文利用JMatPro软件计算得到25℃下K403合金基体应力与应变速率(在0.001-1000s~(-1))之间的关系、渗铝层铝含量分别为:20wt.%、25wt.%、30wt.%的K403合金的应力与应变速率(在0.001-1000s~(-1))之间的关系和在常温下的杨氏模量、泊松比、密度、硬度等物理性能。通过JMatPro软件计算所得到的材料数据和Auto-CAD绘出的渗铝层厚度分别为:20μm、25μm、30μm的三维实体,分别导入DEFORM有限元软件中进行扭转模拟。有限元模拟分析结果表明:在模拟扭转过程中,随着扭转角度的增大,试样表面等效应力增加,等效应力最大值首先出现在试样表面中间区域,中间区域易形成微裂纹。同一扭转角中,渗铝层铝含量为25wt.%、厚度为30μm的试样中间区域等效应力分布云范围和等效应力最大值最小,产生微裂纹的可能性最小。实验采用热扩散渗铝工艺在K403合金上制备渗铝层。研究不同渗铝工艺(渗铝温度为:800℃,保温时间:1~4小时)对渗铝层表面形貌、组织、相结构及厚度的影响。将渗铝后的试样进行扩散退火(退火温度为:980℃,保温时间分别为:3、5、7小时)。退火后的试样进行扭转实验(扭转角分别为:1°、3°、5°、7°、9°、11°),以着色法检测扭转后的试样表面微裂纹。采用金相显微镜、XRD、SEM(EDS)等方法,对渗铝试样进行表征及观察扭转后的试样表面微裂纹,探讨了不同扭转角和渗铝层不同铝含量、不同厚度与试样表面微裂纹的关系。渗铝的K403合金扭转实验分析结果表明:扭转角为1°,渗铝层均无微裂纹扩展。扭转角为3°,部分K403合金渗铝层产生微裂纹扩展。扭转角大于3°时,渗铝层均产生微裂纹扩展。随着扭转角的增大,微裂纹程度升高。在同一扭转角中,渗铝层铝含量为25wt.%,厚度为30μm的试样微裂纹数量最少,微裂纹最短。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.445
【图文】：

模块图,模块,转模,主要步骤

图 1-1 三大主体模块窗口Fig.1-1 Three main module windo的主要步骤，主要包括：入自 CAD/CAE 软件的实体造格剖分程序，只能划分四面格。料模型包含有弹性、弹塑性数据库，包括美国、日本、材料的相关数据[40]。定义转模型，改变模型的最初位

动力学曲线,管式电阻炉,渗铝

表 2-6 渗铝剂的组成Tab.2-6 The composition of aluminizing agent渗剂成分铁铝粉氧化铝氯化铵质量百分比/wt.% 85 10 53 渗铝实验本文中渗铝实验在如图 2-2 所示的箱式电阻炉中进行，其控温精度为 1℃。过程在如图 2-1 所示的管式电阻炉中进行，其控温精度为±1℃。进行渗铝实，首先，将混合好的渗铝剂装入如图 2-3 所示的渗铝罐中，放入干燥箱 100℃ 90min 后，降至室温取出渗铝罐。然后，将试样埋入预热好的渗铝罐，置于电阻炉中加热，保温一段时间后降至室温取出试样，洗净吹干。最后，将渗样置于管式电阻炉中加热，并保温一段时间(氩气气氛)后降至室温取出。通过测量不同渗铝工艺条件下单位面积增重来确定渗铝动力学曲线。

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【参考文献】