铁镍基合金中第二相的形成与演化规律研究

发布时间：2019-09-17 06:24

【摘要】：铁镍基耐蚀合金成形过程中第二相的形成与演化规律对合金的制备工艺及最终性能有重要影响,因此科学系统地研究高性能铁镍基耐蚀合金制备过程中第二相的形成与演化规律并揭示其机理显的尤为重要。基于系统的理论与实验分析,本文研究了N08028(028)铁镍基耐蚀合金成形过程中第二相的形成与演化规律,主要涉及合金凝固、热处理与热变形过程。通过分析不同条件下影响第二相形成与演化过程的热力学/动力学因素,提出相应热力学/动力学模型;通过对不同条件下合金凝固、热处理与热变形的系统实验研究,表征不同阶段第二相的形成与演化规律;通过理论结合实验揭示第二相演化机制。主要结论如下:(1)基于热力学计算及凝固偏析行为分析,研究得出028合金凝固末端第二相的产生机制为偏析导致的共晶反应,并结合实验分析确定了028合金不同凝固条件下的凝固路径及相应组织演化规律;同时,建模定量分析了不同冷却速率下凝固末端第二相的体积分数与尺寸的演化规律,与实验结果吻合良好。(2)基于经典Johnson-Mehl-Avrami(JMA)理论及单粒子溶解模型,考虑第二相与母相界面前沿溶质场的相互作用,建立了多粒子体系中的第二相溶解模型,准确表征了等温溶解过程中第二相体积分数随时间的演化规律。该模型通过对溶解过程中扩散控制微观机制的系统分析导出,其动力学参数与转变时间相关且具有明确的物理意义。模型预测结果与文献报道实验结果吻合较好,从而印证了模型的准确性。(3)系统研究了铸态及经预先热变形的028合金中枝晶间σ相的溶解行为。通过引入等效初始基体浓度及等效初始第二相半径,对溶解动力学模型进行相应修正以描述σ相的溶解行为,模型预测结果与实验结果吻合良好。由模型可导出求溶解激活能(即扩散激活能)的方法,所得激活能数值与文献报道相近。根据模型理论预测,发现预先热变形能够显著促进溶解进行,由于溶解激活能仅略微减少,所以初始第二相尺寸的减小为促进溶解的主要因素。(4)系统研究了具有不同初始组织028合金的热变形行为,发现变形温度、应变速率与合金初始组织均对热变形行为及组织演化规律产生较大影响。热变形过程中,发现含有较多σ相的合金,其相应变形流变应力较大,这是由于σ相的存在阻碍位错运动。结合微观组织演化分析可知,动态再结晶为合金变形过程中主要的软化机制。考虑初始组织的影响,通过建立前馈反向传播算法的人工神经网络(ANN)模型来描述不同初始组织028合金的热变形行为,同时通过组织参量与应变量补偿的方法修正经典Arrhenius型本构方程来描述相应的热变形行为,发现相比于本构方程,ANN模型能够更好的描述不同初始组织028合金的热变形过程。(5)基于经典热力学与动力学并结合JMA理论框架,建立了能够描述包含晶界与晶内析出的两阶段析出过程的热力学/动力学模型。该模型成功的用于描述028合金的典型两阶段析出行为,且主导机制由晶界析出向晶内析出转变。系统研究了这两个阶段的热力学驱动力与动力学激活能,发现当析出的热力学驱动力增加时,相应的动力学激活能减小;晶界与晶内析出中热力学驱动力与动力学激活能的不同导致两阶段析出的发生。
【图文】：

耐蚀性处于稳定状态，如图 1-1 所示。在产生点蚀著提高了合金的点蚀电位和钝化膜的修复能力，从而蚀的能力，铬与钼的复合作用更加强化这种效果。另引起晶格畸变，从而使奥氏体固溶体强度提高，起到降低固溶体堆垛层错能，使合金高温持久强度明显提

体基体中沉淀析出的，也有少量合金铸态组织]通过对油井管的微观组织观测研究发现，028 合程中生成的一次析出 σ 相和固态相变过程产生析出 σ 相尺寸相对较大，呈条带状分布，而固态晶界分布，如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG133.4
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本文编号：2536698