GH4169合金中δ相析出特征及其对焊缝断裂性能影响规律研究

发布时间：2020-10-14 19:37

　　 高温合金GH4169是一种沉淀强化型合金,以面心立方结构的γ相为基体,体心立方结构的亚稳相γ″(Ni3Nb)为主要强化相。GH4169高温合金的热处理方式主要以固溶和时效为主,通过固溶处理改变δ相的含量及晶粒尺寸,再通过时效处理得到弥散分布的强化相,以提高材料的强度。δ相析出形核位置与温度有关,当固溶温度较低时,δ相在γ″相处形核转变,但当温度高于900℃时则主要沿晶界或孪晶界从基体中形核析出。δ相的形成会使周围出现无强化相析出区,从而降低材料的缺口敏感性,同时δ相对晶界具有一定的钉扎作用,从而可以有效地控制热变形过程中晶粒的尺寸。本文针对GH4169合金中δ相析出、长大规律,通过固溶时效处理获得晶内、晶界δ相含量不同的试样,再进行室温拉伸性能测试,研究δ相析出位置及含量在常温条件下对合金力学性能的影响规律,并探究了晶界δ相对GH4169合金裂纹扩展阶段的影响机制。在研究了闪光焊接试样组织与力学性能特征的基础上,探索了热处理制度对焊缝及基体组织性能的影响规律,并模拟环件胀形条件对焊缝进行变形处理,通过固溶时效处理后观察焊缝力学性能变化,并与相同热处理条件下的基体进行对比。研究结果表明:(1)通过常规热处理工艺(固溶+时效),使δ相主要在晶界发生析出和长大,拉伸试验表明晶界δ相的存在对抗拉强度影响不明显,但会降低断面收缩率。示波冲击试验结果和断口观察表明晶界δ相通过降低裂纹扩展阻力使韧性下降。通过双固溶双时效热处理工艺(固溶+时效+固溶+时效)获得晶内δ相析出的组织形貌,拉伸结果表明晶内δ相的大量析出会降低材料的屈服强度。(2)通过扫描图及EBSD图观察发现GH4169闪光焊接接头热影响区没有液化裂纹、枝晶和δ相的存在,但焊缝附近区域大角度晶界密度上升,这是由于在温度场和顶锻力的作用下焊缝附近区域发生了动态再结晶。在温度场作用下,热影响区强化相γ″回溶的同时,焊缝附近区域会有碳化物(MC)聚集长大,从而降低了焊缝附近区域的冲击韧性。(3)通过热处理工艺改变焊接接头的显微组织,以满足闪光焊接的成形条件(胀形或校圆变形)。拉伸结果表明,固溶处理会使基体的强度有明显的下降,并随着固溶温度的上升,断面收缩率增大,这主要是因为较高的温度条件下δ相含量下降,使裂纹扩展阻力增大。而焊接试样固溶后力学性能未有明显改变,并且在不同的固溶温度下保持着相近的力学性能;而固溶时效以及预变性处理后,焊接试样与基体保持相近的强度指标,但由于焊缝粗晶区的存在,焊接试样的断面收缩率低于基体。因此焊接件在经过固溶处理后再进行校圆、胀形,焊接区与基体上的变形能力趋于一致。
【学位单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG40;TG132.3
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景
    1.2 GH4169合金的发展
    1.3 GH4169合金的强化机制
        1.3.1 固溶强化
        1.3.2 时效强化
        1.3.3 细晶强化
    1.4 GH4169合金中的δ相
    1.5 闪光焊接技术
    1.6 高温合金GH4169的焊接
        1.6.1 GH4169合金的固态焊接
        1.6.2 GH4169合金的液态焊接
    1.7 本文的研究目的及研究内容
第二章 实验材料与方法
    2.1 实验材料成分
    2.2 试验所采用的热处理方案
        2.2.1 探究晶界δ相对强韧性影响机制的热处理制度
        2.2.2 控制δ相析出位置的热处理制度
        2.2.3 焊后热处理对焊接接头力学性能的影响
    2.3 力学性能实验
        2.3.1 室温拉伸实验
        2.3.2 冲击试验
        2.3.3 显微硬度
    2.4 微观组织观察
    2.5 断口分析
第三章 δ相的析出特征及其对力学性能的影响
    3.1 GH4169合金晶界δ相的析出形貌特征
    3.2 晶界δ相对GH4169合金强韧性的影响
        3.2.1 晶界δ相对拉伸性能的影响
        3.2.2 晶界δ相对韧性的影响
        3.2.3 冲击断口分析
        3.2.4 晶界δ相对裂纹扩展的影响机制
    3.3 GH4169合金晶内δ相的析出形貌特征
    3.4 晶内δ相对GH4169合金拉伸性能的影响
    3.5 小结
第四章 高温合金GH4169闪光焊接试样微观组织与力学性能分析研究
    4.1 高温合金GH4169闪光焊接试样微观组织特征
        4.1.1 焊接接头的宏观与微观形貌
        4.1.2 焊接接头的晶界取向差分析
        4.1.3 焊接接头的析出相
    4.2 高温合金GH4169闪光焊接试样力学性能的变化
        4.2.1 焊接接头的显微硬度
        4.2.2 焊接接头的拉伸性能
        4.2.3 焊接接头的冲击韧性
    4.3 断口形貌
        4.3.1 拉伸断口形貌
        4.3.2 冲击断口形貌
    4.4 分析与讨论
    4.5 结论
第五章 焊后热处理对GH4169合金闪光焊接接头组织与性能的影响
    5.1 固溶处理对GH4169焊接接头显微组织与拉伸性能的影响
        5.1.1 焊接接头固溶处理后的显微组织
        5.1.2 焊接接头固溶处理后的拉伸性能
    5.2 变形条件对力学性能的影响
    5.3 断口分析
    5.4 分析与讨论
    5.5 结论
第六章 结论
参考文献
致谢
附录

【参考文献】

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本文编号：2841090