电磁辅助焊接快速成形GH4169合金的组织和力学性能研究

发布时间：2017-06-28 21:06

  本文关键词：电磁辅助焊接快速成形GH4169合金的组织和力学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文选取GH4169镍基高温合金为实验材料,针对GH4169合金在电磁辅助焊接快速成形过程中的工艺及所制备材料的组织和力学性能进行了研究。采用金相显微镜和扫描电子显微镜等分析测试手段揭示在不同磁场强度下焊接快速成形GH4169镍基高温合金组织中的组织特征;研究了辅助电磁场主要参数磁场强度对焊接快速成形GH4169合金的硬度、拉伸性能和室温疲劳性能的影响,获得了辅助电磁搅拌对合金力学性能的影响规律。得到如下研究成果:工艺实验表明,电磁辅助作用下成形件成形良好,无明显缺陷,但伴随辅助磁场强度的增大气孔等冶金缺陷减少,脆性相Laves相含量减少,显微偏析减弱,但会出现一定程度的飞溅;组织分析发现外加磁场施加后原外延连续生长的柱状晶组织有向向等轴晶转变的趋势,晶粒得到一定程度细化;电磁搅拌使得道间搭接区和道内区域的残余应力差异性减少。在磁场电流为1A时,等轴晶组织特征最为显著,但伴随辅助磁场强度的进一步提高,磁场作用效果减弱。合金再结晶过程分析发现,与未施加电磁辅助的情况相比,伴随辅助磁场强度的提高,再结晶开始发生的时间延后,孕育期变长;伴随着电磁辅助的加入,发生再结晶形核位置由首先发生在搭接区变为在整个试样内随机形核,形核位置的差异现象消除。再结晶程度在保温时间延长过程中变得更加完全,且在保温时间达到60min时,再结晶完成。伴随辅助磁场强度的增大,在相同时间内再结晶完成程度表现出先增大再减小,最终增大的变化。伴随辅助磁场强度的增大,沉积态试样显微硬度表现先增大后减小的变化趋势,且在磁场电流为1A时,显微硬度达到峰值;无论是否添加磁场,显微硬度会伴随着固溶时间的延长而降低,且在保温时间达到60min时,显微硬度值变得均匀;在时效时间延长过程中,硬度表现出先短时间增大到峰值而后缓慢减小的变化趋势。相比于沉积态试样,固溶态试样在时效过程中硬度下降缓慢、变化范围小,仅为30HV,且硬度峰值和趋于均匀稳定的硬度数值更大。与硬度变化规律类似,沉积态试样抗拉强度随辅助磁场强度的提高也呈现先增大后减小的变化。当磁场电流为1A时,抗拉强度达到最大值,相比于未施加电磁辅助的试样,其抗拉强度增加78Mpa,延伸率增加6%。热处理后材料抗拉强度和塑性得到增加,抗拉强度增加157Mpa、延伸率增加9%,其抗拉强度接近锻件标准热处理试样。辅助电磁搅拌可以提高焊接快速成形GH4169合金沉积态和热处理态试样的室温疲劳性能。沉积态和热处理态试样的室温疲劳寿命分别为1.1×105cyc(应力水平365MPa)和6.6×104cyc(应力水平650MPa),伴随磁场强度的增大,无论是沉积态还是热处理态试样的室温疲劳性能都得到提高,在磁场电流为1A时,室温疲劳性能达到最佳,其疲劳寿命分别达到是1.0×106cyc和2.8×105cyc。伴随辅助磁场强度的进一步提高,室温疲劳性能呈现下降的趋势。
【关键词】：焊接快速成形 电磁辅助 镍基高温合金 再结晶 疲劳性能
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG132.3;TG44
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 选题依据、目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 焊接快速成形技术10-11
• 1.2.2 电磁辅助搅拌技术11-13
• 1.3 本课题的研究内容13-14
• 第2章 试验装置设计与实验方法14-22
• 2.1 试验材料14
• 2.2 电磁辅助TIG焊接快速成形装置的设计14-17
• 2.2.1 磁场发生装置的设计14-16
• 2.2.2 磁头装置的设计16-17
• 2.3 试验方法17-18
• 2.3.1 GH4169合金电磁辅助焊接快速成形的试验参数17-18
• 2.4 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金组织分析18
• 2.5 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金的热处理18-19
• 2.6 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金残余应力测量19
• 2.7 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金再结晶过程研究19-20
• 2.8 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金力学性能测试20-21
• 2.8.1 显微硬度测量20
• 2.8.2 拉伸性能测试20
• 2.8.3 疲劳性能测试20-21
• 2.9 主要测试与分析仪器21-22
• 第3章 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金沉积态试样组织22-45
• 3.1 引言22
• 3.2 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金的单道成形22-29
• 3.2.1 不同磁场强度下单道焊缝组织22-26
• 3.2.2 不同磁场频率下单道焊缝组织26-27
• 3.2.3 不同焊速下单道成形试样组织27-29
• 3.3 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金块状试样组织29-39
• 3.3.1 沉积态试样宏观形貌和横截面组织29-31
• 3.3.2 亚结构树枝晶和层带结构31-32
• 3.3.3 枝晶间Laves相32-34
• 3.3.4 合金元素的微观偏析34-35
• 3.3.5 时效处理过程中的 γ″相析出35-38
• 3.3.6 残余应力与硬度分析38-39
• 3.4 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金的再结晶过程39-43
• 3.4.1 显微组织39-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金的力学性能45-58
• 4.1 引言45
• 4.2 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金的显微硬度45-48
• 4.2.1 沉积态试样的显微硬度45-46
• 4.2.2 固溶处理对硬度的影响46-47
• 4.2.3 时效处理后各试样的硬度变化47-48
• 4.3 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金的拉伸性能48-53
• 4.3.1 沉积态试样拉伸性能48-51
• 4.3.2 热处理态试样的拉伸性能51-53
• 4.4 电磁辅助焊接快速成形GH4169合金的疲劳性能53-56
• 4.4.1 沉积态试样的室温疲劳性能53-54
• 4.4.2 热处理态试样的室温疲劳性能54-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第5章 结论58-60
• 参考文献60-64
• 硕士学位期间发表的学术论文64-65
• 致谢65-66

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