冷变形GH3625合金时效组织及其蠕变持久行为研究
发布时间：2020-08-24 21:41
【摘要】：GH3625合金(以下简称625合金)是一种固溶强化型镍基高温合金,具有良好的抗氧化和耐腐蚀能力,以及优良的高温蠕变性能。随着国民经济的不断发展,各行业对625合金的性能提出了更高的要求。目前,我国正率先自主研发建造全球首台高温气冷堆核电站示范工程(HTGR),其控制棒系统主体构件材料为含铌元素的625镍基高温合金。其在A560℃-B780℃工况服役,实际经历长期高温蠕变的影响,客观存在微观组织稳定性及蠕变性能退化的问题。本文从高温时效析出δ-Ni_3Nb沉淀相为切入点,分析了δ相对热变形行为的影响,特别着眼于研究冷变形后625合金蠕变持久行为以及δ相的析出动力学,并结合JMatPro热力学软件对不同碳含量的625合金热物性及高温相组成进行计算分析,以期改善其高温使用性能。采用Gleeble-3500热模拟试验机,分析得到δ相在热变形过程中具有一定的软化作用,并获得δ相时效态625合金的热激活能Q=294.66kJ·mol~(-1),形变强化指数n=3.805,其热变形本构方程为:(?)=2.21×10~(10)［sinh(0.0045σ_P)］~(3.805)exp［-294659.345/(RT)］借助OM、SEM、EBSD和TEM等现代分析手段,系统地展开冷变形625合金时效析出与蠕变持久行为关系的研究,通过对冷变形后晶内/晶界析出、演化的短棒状及针状δ相的探讨,揭示了δ相的析出动力学。研究结果表明,冷变形促进δ相的析出,在不同条件下时效和蠕变时,冷变形对蠕变性能的影响不同。在780℃×240h时效,780℃×155MPa蠕变条件下,20%冷变形量的蠕变断裂性能最好。此外,在试验温度范围内,冷变形后的625合金,780℃时δ相的析出速度最快,析出相含量最多。通过上述的研究,丰富高温合金时效蠕变持久理论,并由此拓展探寻δ相与蠕变持久性能优化控制与改善之道,对HTGR核电站稳定运行是不可或缺的基础试验支撑,具有重要工程意义。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG132.3
【图文】：
图 1-2 625 合金的 TTT 曲线[29]，γ′-Ni3(Al,Ti,Nb)，LI2型面心立方有序结构，为辅助强化相，也常 γ′与 γ 呈共格关系，当 γ/γ′间错配度较小，为 0~0.2%时，γ′为球，达到 0.5%~1.0%时，γ′相变为立方体；当错配度超过 1.25%时在高温蠕变过程中，γ′相在应力的作用下往往产生定向聚集而筏′和 γ 之间的错配度和应力状态有关。为合金中主要的强化相，具有体心四方（DO22）的结构，它的惯习面为{100}γ″∥{100}γ，[001]γ″∥<001>γ。通常形态为圆盘状，有研力学上的亚稳相，与基体是共格关系，但错配度较大。在温度高，在共格畸变能的驱动下易转化为稳定的 相，与基体失去共格Nb 相，正交有序结构。625 合金中 相的点阵参数为 a=0.5030；，其晶胞结构如图 1-3 所示。 相的密排面为（010），密排方向发生屈服主要沿(010)[100]方向发生滑移变形[31]。
图 1-3 -Ni3Nb 相的晶体结构a) -Ni3Nb 相的晶胞结构; (b) -Ni3Nb 相(010)面原子排 625 合金时效过程主要析出相的晶体结构和典型化学结构 典型化学成Cubic, Fm3ma0=0.43nmMatrix blocky(Ti0.07Cr0.04Fe0.02Ni0.09N(Ti0.53Cr0.03Ni0.04Nb0.G.B. MC(Ti0.15Cr0.04Fe0.01Ni0.08NCubic, Fd3ma0=1.13nm(Cr0.21Fe0.02Ni0.37Nb0.08MCubic, Fm3ma0=1.08nm(Cr0.85Fe0.01Ni0.07MOrd Tet, I4/mmma=0.36,c=0.74nm Ni3(Nb＞0.5Ti＜0.5Orth, Pmmm
图 1-4 金属材料典型蠕变曲线[43]形主要通过位错滑移和原子扩散等机理进行，在会发生改变，国外学者[44]按归一化强度方法-应机理主要分为以下几类：(σ/G＜10-4)包括晶内空位扩散蠕变、晶界扩散和的蠕变机理。10-4＜σ/G＜10-2)符合蠕变幂次律，有原子扩散主(σ/G＞10-2)。对蠕变的贡献较小，一般为 10%左右。晶界滑移移配合进行。温和应力共同作用下断裂的，一般认为是晶界研究表明[45]，晶界裂纹的形成方式主要有两种界交会处形成裂纹，这是由于晶界容易产生应力
本文编号：2802894
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG132.3
【图文】：
图 1-2 625 合金的 TTT 曲线[29]，γ′-Ni3(Al,Ti,Nb)，LI2型面心立方有序结构，为辅助强化相，也常 γ′与 γ 呈共格关系，当 γ/γ′间错配度较小，为 0~0.2%时，γ′为球，达到 0.5%~1.0%时，γ′相变为立方体；当错配度超过 1.25%时在高温蠕变过程中，γ′相在应力的作用下往往产生定向聚集而筏′和 γ 之间的错配度和应力状态有关。为合金中主要的强化相，具有体心四方（DO22）的结构，它的惯习面为{100}γ″∥{100}γ，[001]γ″∥<001>γ。通常形态为圆盘状，有研力学上的亚稳相，与基体是共格关系，但错配度较大。在温度高，在共格畸变能的驱动下易转化为稳定的 相，与基体失去共格Nb 相，正交有序结构。625 合金中 相的点阵参数为 a=0.5030；，其晶胞结构如图 1-3 所示。 相的密排面为（010），密排方向发生屈服主要沿(010)[100]方向发生滑移变形[31]。
图 1-3 -Ni3Nb 相的晶体结构a) -Ni3Nb 相的晶胞结构; (b) -Ni3Nb 相(010)面原子排 625 合金时效过程主要析出相的晶体结构和典型化学结构 典型化学成Cubic, Fm3ma0=0.43nmMatrix blocky(Ti0.07Cr0.04Fe0.02Ni0.09N(Ti0.53Cr0.03Ni0.04Nb0.G.B. MC(Ti0.15Cr0.04Fe0.01Ni0.08NCubic, Fd3ma0=1.13nm(Cr0.21Fe0.02Ni0.37Nb0.08MCubic, Fm3ma0=1.08nm(Cr0.85Fe0.01Ni0.07MOrd Tet, I4/mmma=0.36,c=0.74nm Ni3(Nb＞0.5Ti＜0.5Orth, Pmmm
图 1-4 金属材料典型蠕变曲线[43]形主要通过位错滑移和原子扩散等机理进行，在会发生改变，国外学者[44]按归一化强度方法-应机理主要分为以下几类：(σ/G＜10-4)包括晶内空位扩散蠕变、晶界扩散和的蠕变机理。10-4＜σ/G＜10-2)符合蠕变幂次律，有原子扩散主(σ/G＞10-2)。对蠕变的贡献较小，一般为 10%左右。晶界滑移移配合进行。温和应力共同作用下断裂的，一般认为是晶界研究表明[45]，晶界裂纹的形成方式主要有两种界交会处形成裂纹，这是由于晶界容易产生应力
【参考文献】
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10 师昌绪,仲增墉;中国高温合金40年[J];金属学报;1997年01期
本文编号：2802894
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