NiCuCrMoTiAlNb镍基合金塑性成形性能及焊接性能研究

发布时间：2020-05-28 20:32

【摘要】：镍基合金因为其具有强度高、温热性能好、热导率低、耐腐蚀和组织稳定性好等优良的综合性能而被广泛应用,随着石化、能源、海洋、航空航天等领域的快速发展,对镍基合金的性能要求也越来越高。我国对镍基高温合金的研究已经取得了长足的进步和发展,但与发达国家相比仍存在一定的差距,从材料的设计与制备到对合金材料加工性能的研究都需要大量的实践探索。为了适应越来越复杂的应用环境,成分单一的合金已经不能满足实际要求,通过添加合金元素对材料进行成分设计,能有效的提高材料的使用性能。材料加工是使材料走向工业应用的最关键环节,因此研究材料的塑性成形性能和焊接性具有重要的理论意义和现实意义。本文选择以NiCuCrMoTiAlNb合金为研究对象,通过多种实验手段,对材料的高温塑性变形行为以及焊接性能进行深入研究,具体研究内容及成果如下:利用金相显微镜、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和压缩等实验方法对NiCuCrMoTiAlNb合金的微观组织、化学成分和力学性能进行分析。结果表明:原始铸态的合金组织为典型的树枝晶结构,热处理材料通过均匀化退火减少了树枝晶组织,得到部分等轴晶;铸态和热处理材料基体均为γ-Ni固溶体,析出相为Ni_3(AlTi)相;铸态材料晶粒内部各元素分布比较均匀,晶界处偏析比较严重;分析不同热处理工艺材料的力学性能,发现1100℃×3h均匀化退火加950℃×2h固溶处理材料在室温和高温下都有良好的力学性能;对热处理材料进行不同温度和不同应变速率的高温压缩,根据真应力-真应变曲线变化规律发现,随着温度的升高,材料的流变应力降低;随着变形速率的增加,材料的流变应力值增加;通过压缩后试样的金相图片系统分析了压缩变形不均匀性、变形温度和应变速率对材料微观组织结构的影响以及结构演化规律。利用NiCuCrMoTiAlNb镍基合金在不同温度不同应变速率下压缩的真应力-真应变实验数据,基于阿伦尼乌斯模型,采用线性拟合的方法,建立了镍基合金的高温本构方程;根据压缩过程中不同应变量的应力情况,在动态材料模型的基础上建立了热加工图;由热加工图可知,当应变一定时,耗散率随着应变速率的升高而减小,高应变速率下也更容易发生失稳,并且随着温度的升高,失稳区总体趋势减小;通过分析热加工图,并综合考虑不同变形条件下的材料微观组织形貌,得到镍基合金最佳的热加工温度范围在950℃~1000℃,应变速率控制在较低水平。采用氩弧焊工艺对NiCuCrMoTiAlNb镍基合金进行同种金属焊接和异种金属焊接实验。研究不同焊接电流对焊接接头微观组织和显微硬度的影响规律,结果发现同种金属焊接的焊接接头组织和硬度分布相对均匀,异种金属焊接的镍钛合金一侧焊接接头出现一定宽度的熔合区,该区域出现了富Cr的析出相,并且硬度与镍钛合金母材差别较大;焊接电流为80A时,焊接接头的晶粒更细小,硬度分布更均匀,性能更好。
【图文】：

热合金：(a)涡轮机壳体；(b)涡轮叶片用雾化镍基高金金属，但却拥有较好的耐各种介质腐蚀的能力所以腐蚀过程不会逸出氢，且耐 NaOH，KOH镍基耐蚀合金家族图谱如图 1.2 所示，牌号为为广泛的耐蚀合金。

图 1.1 镍基耐热合金：(a)涡轮机壳体；(b)涡轮叶片用雾化镍基高温合金；(c)管接镍基耐蚀合金属于中等活泼金属，但却拥有较好的耐各种介质腐蚀的能力。镍的标准电低，易极化，所以腐蚀过程不会逸出氢，，且耐 NaOH，KOH 等氢氧化物介远高于铁[17]。镍基耐蚀合金家族图谱如图 1.2 所示，牌号为 Monel 和 H合金是应用最为广泛的耐蚀合金。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.15;TG406

【参考文献】

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本文编号：2685793