镍基合金焊缝失塑裂纹评价及力学机制的研究

发布时间：2017-09-05 11:48

  本文关键词：镍基合金焊缝失塑裂纹评价及力学机制的研究

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【摘要】：镍基合金是以镍为基础在高温时具有较高强度和良好的抗氧化、抗腐蚀能力的高温合金,广泛用于核反应器和蒸汽发生器中关键部件的制造,而镍基合金焊缝金属中常会出现高温失塑裂纹,对此裂纹产生机制的说法尚无定论,也没有更好的控制方法。为此,本文以690镍基合金的两种填充材料ERNi Cr Fe-7和ERNi Cr-4为研究对象,利用新的试验方法对失塑裂纹进行评价,结合有限元计算设计了变截面试样,在Thermorestor-W型模拟试验机上进行高温拉伸试验。提出新的裂纹敏感性判据—临界应力,从力学角度出发理解了镍基合金焊丝ERNi Cr Fe-7和ERNi Cr-4焊缝失塑裂纹的产生机制,并与产生裂纹的临界应变相结合来评价不同变形温度下材料的裂纹敏感性。通过对两种材料的变截面试样进行变形温度为850~1200℃的高温拉伸试验,研究了试样中失塑裂纹的产生情况。当试样拉伸一定距离后,表面都会产生裂纹,随温度的升高,裂纹的数量先增多后减少,其中在1100℃试样表面裂纹最多。用产生裂纹的临界应变对失塑裂纹的敏感性进行评价,得出当温度为900~1150℃时,材料的塑性比较低,产生裂纹所需的临界应变量相对较小。与ERNi Cr-4相比,ERNi Cr Fe-7产生裂纹的临界应变更小。用临界应力对两种材料失塑裂纹的敏感性评价,发现变形温度在950~1150℃区间时,临界应力的值较小,因而它们产生裂纹最敏感的温度区间是950~1150℃。在热模拟试验机上对两种材料的试样进行变形温度为850~1200℃,应变速率为0.1s-1的高温压缩试验,获得了高温变形时试样的真应力-真应变曲线,得到同一应变量下,流变应力和温度的关系。分析认为失塑裂纹的产生与应力密切相关,流变应力超过产生裂纹的临界应力,就会产生裂纹。温度低于900℃、高于1150℃时,临界应力大于流变应力,温度为900~1150℃时,临界应力小于流变应力。与ERNi Cr-4相比,ERNi Cr Fe-7产生裂纹的临界应力更小。这是因为ERNi Cr Fe-7在热变形时流变应力更高,材料的变形抗力越大,晶粒变形越困难,变形主要集中在晶界上,易产生晶界裂纹。同一变形温度下,两种材料试样的开裂方式相同,在850℃和1200℃时,试样中主要是沿晶裂纹,有少量的穿晶裂纹;在900~1150℃范围内,试样中只有沿晶裂纹。裂纹的扩展方向和载荷方向相关,发现裂纹增值的方向与加载方向呈70~90°的夹角。失塑裂纹的起裂位置处于M23C6与奥氏体基体(γ)的交界面上,并沿晶界扩展。由于M2 3C6与γ基体为非共格关系,界面结合强度低,应力集中较大,因此M23C6会增加焊缝金属失塑裂纹的敏感性。
【关键词】：镍基合金 失塑裂纹 变截面试样 临界应力 流变应力
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG405
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 镍基合金的分类和用途10
• 1.1.1 镍基合金的分类10
• 1.1.2 镍基合金的用途10
• 1.2 镍基合金焊接中存在的问题10-13
• 1.2.1 镍基合金焊缝金属中的点状缺陷11
• 1.2.2 镍基合金焊缝金属中的热裂纹11-12
• 1.2.3 镍基合金焊材的发展12-13
• 1.3 高温失塑裂纹的国内外研究现状13-18
• 1.3.1 失塑裂纹的研究方法13-14
• 1.3.2 失塑裂纹的影响因素14-17
• 1.3.3 失塑裂纹的形成机制17-18
• 1.3.4 失塑裂纹的防止措施18
• 1.4 本文研究意义及主要内容18-20
• 第2章 高温失塑裂纹的评价方法20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 试验材料20-21
• 2.3 DDC的评价方法21-24
• 2.3.1 试验设备21
• 2.3.2 变截面试样设计21-22
• 2.3.3 试样制备22-23
• 2.3.4 试验方法23
• 2.3.5 试样处理及显微组织观察23-24
• 2.4 有限元模拟24-28
• 2.4.1 有限元计算25-27
• 2.4.2 模型验证27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 镍基合金焊缝失塑裂纹敏感性评价29-39
• 3.1 引言29-30
• 3.2 镍基合金焊丝FM-52DDC敏感性评价30-33
• 3.2.1 DDC的产生情况30-31
• 3.2.2 临界裂纹的确定31-32
• 3.2.3 DDC敏感性评价32-33
• 3.3 镍基合金焊丝FM-72DDC敏感性评价33-37
• 3.3.1 DDC的产生情况33-35
• 3.3.2 临界裂纹的确定35
• 3.3.3 DDC敏感性评价35-37
• 3.4 FM-52与FM-72裂纹敏感性的比较37-38
• 3.4.1 产生DDC临界应变的比较37
• 3.4.2 产生DDC临界应力的比较37-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 镍基合金焊缝失塑裂纹产生的力学机制39-49
• 4.1 引言39
• 4.2 试验材料及方法39-40
• 4.3 镍基合金焊缝金属DDC的力学分析40-43
• 4.3.1 镍基合金焊丝FM-52DDC的力学分析40-42
• 4.3.2 镍基合金焊丝FM-72DDC的力学分析42-43
• 4.4 镍基合金焊缝金属DDC与晶界的关系43-47
• 4.4.1 镍基合金焊丝FM-52的DDC与晶界关系43-45
• 4.4.2 镍基合金焊丝FM-72的DDC与晶界关系45-47
• 4.5 M_(23)C_6对镍基合金焊缝金属DDC的影响47-48
• 4.6 本章小结48-49
• 结论49-51
• 参考文献51-56
• 致谢56-57
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录57

【参考文献】

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本文编号：797814