铁镍基合金中特殊晶界及其对抗氢性能影响的研究
发布时间：2021-08-27 08:43
沉淀强化铁镍基奥氏体合金（以下简称为铁镍基合金）具有较高的强度、较好的延展性、断裂韧性和抗氢性能,常作为结构材料用于制备涡轮盘、贮氢容器和管道等部件,是石化、核能和氢能等领域使用的一类重要合金。需要指出的是,相对于单相奥氏体合金,铁镍基合金的氢脆敏感性较大,其原因通常被归结为强化相γ’、氢和位错交互作用所导致的应变局部化,及其所诱发的沿晶开裂。本研究选择铁镍基合金,在不改变合金成分的前提下（保证γ’相析出数量、确保合金强度）,通过调控晶界来抑制氢致沿晶裂纹的萌生和扩展,降低合金的氢脆敏感性,改善合金抗氢损伤能力。本文分析了形变热处理工艺和控冷热处理工艺对晶界特征分布的影响,探究了低∑CSL和锯齿晶界的形成机理和演化过程,并重点研究了低∑CSL、锯齿晶界以及晶界网络特征对氢致沿晶开裂行为的影响,以及低∑CSL晶界与晶界η相析出行为之间的关系。全文主要研究内容和结论如下:1.开展了形变热处理工艺参数（形变量、退火温度和退火时间）对铁镍基合金中低∑CSL晶界比例和晶界特征分布的影响,以及退火过程中晶界迁移演化过程的研究。结果表明:1)采用5%变形+980℃/60min单步形变热处理,可将合金...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１氢的溶解度随奥氏体含量的变化规律Ｉ７１??
从而提??高材料的强韧性能。上世纪９０年代以后，研究者在通过优化晶界的方式提高材??料的性能方面进行了尝试，提出了晶界工程（Ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，?ＧＢＥ）??的概念［３９］。??重合位置点阵是晶界工程中重要的概念，重合位置点阵的模型定义如下［４Ｇ］：??两个具有相同点阵结构的晶体，其中一个晶体相对于另一个晶体绕着某一指数的??晶轴，旋转一定的角度，两个晶体中的某些点阵发生重合，这些重合的点阵在空??间中将构成三维超点阵，称为重合位置点阵［４１］。如图１．２所示，晶格常数为ａ的??两个晶体分别采用空心圆和空心三角形表示，其中的一个晶粒绕晶体＜０?０?１＞方??向旋转３６．８７?°后，重合的黑色实心圆构成重合位置点阵。??，５」Ｏ??ａ?Ｊ?”?〇?Ｖ〇?Ｐ??Ｏ?Ｖ?Ｏ?Ｃ?Ｏ??Ｖ?ＯＰ?０?７?????????ｃｒ?ｙ?ｖ?ｏ?９?〇??Ｏ?＼?／?ｏ?ｏ?ｏ?ｏ?ｏ??ｂ?ｙ?ｐ?ｏ?ｖ?ｏ??〇?＼?Ｉ?ｖ?ｏ?Ｖ?ＯＰ??＂??＂?????ｃｒ?ｙ?ｒ?ｏ?ｏ?〇??°?＼?／?＾?〇?ｖ?ｏ?ｖ??０?ｂ?ｙ?ｖ?Ｏ?ｖ?Ｏ??〇?＼?／?ｖ?〇?ｖ?〇?ｖ?????１１?－ｌ??＜７＾?Ｊ?ＶＯ?Ｖ?Ｏ??０?Ｙ?／?ｖ?〇?ｖｏ??ｏ?ｂ?４?ｖ?ｏ?ｖ??图１．２?２＞５的ＣＳＬ示意图丨４２】??Ｆｉｇ．?１．２?ＣＳＬ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?［＝５??图１．２可知，重合位置点阵晶格常数为《＾，一般采用Ｉ：值来表示重合位置??５??
?第１章绪论???（ａ）?）?（ｂ）?ｚ９ｆＴ＾?⑷?１３?°＂＾??Ｉ３＋Ｉ３－？Ｉ９?—ＪＡ?１３＋１９－＾１３??图１．３?Ｚ３再生模型＾??Ｆｉｇ．１．３?＾３?ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??１．２．２．２非共格Ｘ３形核模型??王卫国提出了非共格Ｅ３晶界的迀移与反应模型［５１］，该模型认为再结晶退火??过程除了形成部分平直共格Ｚ３界面外，还会形成大量弯曲的非共格Ｓ３界面。再??结晶退火过程中，可动性较高的非共格Ｚ３界面发生迁移，彼此相遇生成Ｚ９或??晶界。同样，可动性高的Ｅ９晶界的迁移与Ｄ或沙等晶界相遇而产生Ｓ２７和Ｚ８１??等等，这是提高低层错能金属低ＺＣＳＬ晶界比例的根源。图１．４给出了非共格Ｅ３??界面形成长大，并且相遇产生Ｚ９及Ｚ２７晶界的过程。??＼Ａ?ｓｔｒａｉｎｅｄ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｓｔｒｓｉｎｅｄ?＾ｒｍｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??／?＜ｏｒｉｉｔｉｕｉｌｌ＞?ａ?ＨＡＢ）?／?（ｏｒｉｇｉｎａｌｌｙ？１ＩＡＥ＞??圓圆??ｓｉｒａｉｎｒｄｇ／ａｉｎｂｗｕｎｄａｒｖ?＼?＿??，＼Ａ?＾?１１：＼Ａ??图１．４非共格２：３晶界的迁移与反应模型Ｗ??Ｆｉｇ．?１．４?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ?＾３?ｍｉｇｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??１．２．２．３高［ＣＳＬ晶界分解模型??Ｋｕｍｏｒ［５２％过观察Ｉｎｃｏｎｅｌ?６００合金形变退火过程中晶界结构的变化，提出??一种晶界分解的机制。合金经变形后，形变储能以位错的形式均匀分布在各个晶??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe-Ni基合金时效过程中γ’相析出的原子探针层析技术研究[J]. 宋元元,赵明久,戎利建. 金属学报. 2018(09)
[2]Coarsening Behavior of Gamma Prime Precipitates in a Nickel Based Single Crystal Superalloy[J]. S.Tang,L.K.Ning,T.Z.Xin,Z.Zheng. Journal of Materials Science & Technology. 2016(02)
[3]J75抗氢合金中B的作用机制研究[J]. 梁浩,赵明久,陈胜虎,徐勇,王永利,戎利建. 金属学报. 2015(12)
[4]高性能镍基粉末高温合金中γ′相形态致锯齿晶界形成机理研究[J]. 杨万鹏,胡本芙,刘国权,吴凯. 材料工程. 2015(06)
[5]晶界工程对于改善304奥氏体不锈钢焊接热影响区耐晶间腐蚀性能的影响[J]. 杨辉,夏爽,张子龙,赵清,刘廷光,周邦新,白琴. 金属学报. 2015(03)
[6]Thermal Stability of a New Ni-Fe-Cr Base Alloy with Different Ti/Al Ratios[J]. Changshuai Wang,Tingting Wang,Meilin Tan,Yongan Guo,Jianting Guo,Lanzhang Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2015(02)
[7]晶界工程处理对Incoloy 800合金耐腐蚀性能和力学性能的影响[J]. 李钧,苏诚,张磊,邵羽,肖学山,周志江. 上海大学学报(自然科学版). 2013(05)
[8]Investigation on the dissolution of η phase in a cast Ni-based superalloy[J]. M.R. Jahangiri,H. Arabi,S.M.A. Boutorabi. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2013(01)
[9]Coarsening Kinetics of γ’ Precipitates in Dendritic Regions of a Ni3 Al Base Alloy[J]. H.B.Motejadded,M.Soltanieh,S.Rastegari. Journal of Materials Science & Technology. 2012(03)
[10]抗氢脆奥氏体钢及抗氢铝[J]. 李依依,范存淦,戎利建,闫德胜,李秀艳. 金属学报. 2010(11)
硕士论文
[1]晶界工程对镍基690合金耐晶间腐蚀性能的影响[D]. 冯万里.上海交通大学 2011
本文编号：3366031
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１氢的溶解度随奥氏体含量的变化规律Ｉ７１??
从而提??高材料的强韧性能。上世纪９０年代以后，研究者在通过优化晶界的方式提高材??料的性能方面进行了尝试，提出了晶界工程（Ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，?ＧＢＥ）??的概念［３９］。??重合位置点阵是晶界工程中重要的概念，重合位置点阵的模型定义如下［４Ｇ］：??两个具有相同点阵结构的晶体，其中一个晶体相对于另一个晶体绕着某一指数的??晶轴，旋转一定的角度，两个晶体中的某些点阵发生重合，这些重合的点阵在空??间中将构成三维超点阵，称为重合位置点阵［４１］。如图１．２所示，晶格常数为ａ的??两个晶体分别采用空心圆和空心三角形表示，其中的一个晶粒绕晶体＜０?０?１＞方??向旋转３６．８７?°后，重合的黑色实心圆构成重合位置点阵。??，５」Ｏ??ａ?Ｊ?”?〇?Ｖ〇?Ｐ??Ｏ?Ｖ?Ｏ?Ｃ?Ｏ??Ｖ?ＯＰ?０?７?????????ｃｒ?ｙ?ｖ?ｏ?９?〇??Ｏ?＼?／?ｏ?ｏ?ｏ?ｏ?ｏ??ｂ?ｙ?ｐ?ｏ?ｖ?ｏ??〇?＼?Ｉ?ｖ?ｏ?Ｖ?ＯＰ??＂??＂?????ｃｒ?ｙ?ｒ?ｏ?ｏ?〇??°?＼?／?＾?〇?ｖ?ｏ?ｖ??０?ｂ?ｙ?ｖ?Ｏ?ｖ?Ｏ??〇?＼?／?ｖ?〇?ｖ?〇?ｖ?????１１?－ｌ??＜７＾?Ｊ?ＶＯ?Ｖ?Ｏ??０?Ｙ?／?ｖ?〇?ｖｏ??ｏ?ｂ?４?ｖ?ｏ?ｖ??图１．２?２＞５的ＣＳＬ示意图丨４２】??Ｆｉｇ．?１．２?ＣＳＬ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?［＝５??图１．２可知，重合位置点阵晶格常数为《＾，一般采用Ｉ：值来表示重合位置??５??
?第１章绪论???（ａ）?）?（ｂ）?ｚ９ｆＴ＾?⑷?１３?°＂＾??Ｉ３＋Ｉ３－？Ｉ９?—ＪＡ?１３＋１９－＾１３??图１．３?Ｚ３再生模型＾??Ｆｉｇ．１．３?＾３?ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｌ??１．２．２．２非共格Ｘ３形核模型??王卫国提出了非共格Ｅ３晶界的迀移与反应模型［５１］，该模型认为再结晶退火??过程除了形成部分平直共格Ｚ３界面外，还会形成大量弯曲的非共格Ｓ３界面。再??结晶退火过程中，可动性较高的非共格Ｚ３界面发生迁移，彼此相遇生成Ｚ９或??晶界。同样，可动性高的Ｅ９晶界的迁移与Ｄ或沙等晶界相遇而产生Ｓ２７和Ｚ８１??等等，这是提高低层错能金属低ＺＣＳＬ晶界比例的根源。图１．４给出了非共格Ｅ３??界面形成长大，并且相遇产生Ｚ９及Ｚ２７晶界的过程。??＼Ａ?ｓｔｒａｉｎｅｄ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｓｔｒｓｉｎｅｄ?＾ｒｍｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??／?＜ｏｒｉｉｔｉｕｉｌｌ＞?ａ?ＨＡＢ）?／?（ｏｒｉｇｉｎａｌｌｙ？１ＩＡＥ＞??圓圆??ｓｉｒａｉｎｒｄｇ／ａｉｎｂｗｕｎｄａｒｖ?＼?＿??，＼Ａ?＾?１１：＼Ａ??图１．４非共格２：３晶界的迁移与反应模型Ｗ??Ｆｉｇ．?１．４?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ?＾３?ｍｉｇｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｒｅａｃｔｉｏｎ??１．２．２．３高［ＣＳＬ晶界分解模型??Ｋｕｍｏｒ［５２％过观察Ｉｎｃｏｎｅｌ?６００合金形变退火过程中晶界结构的变化，提出??一种晶界分解的机制。合金经变形后，形变储能以位错的形式均匀分布在各个晶??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fe-Ni基合金时效过程中γ’相析出的原子探针层析技术研究[J]. 宋元元,赵明久,戎利建. 金属学报. 2018(09)
[2]Coarsening Behavior of Gamma Prime Precipitates in a Nickel Based Single Crystal Superalloy[J]. S.Tang,L.K.Ning,T.Z.Xin,Z.Zheng. Journal of Materials Science & Technology. 2016(02)
[3]J75抗氢合金中B的作用机制研究[J]. 梁浩,赵明久,陈胜虎,徐勇,王永利,戎利建. 金属学报. 2015(12)
[4]高性能镍基粉末高温合金中γ′相形态致锯齿晶界形成机理研究[J]. 杨万鹏,胡本芙,刘国权,吴凯. 材料工程. 2015(06)
[5]晶界工程对于改善304奥氏体不锈钢焊接热影响区耐晶间腐蚀性能的影响[J]. 杨辉,夏爽,张子龙,赵清,刘廷光,周邦新,白琴. 金属学报. 2015(03)
[6]Thermal Stability of a New Ni-Fe-Cr Base Alloy with Different Ti/Al Ratios[J]. Changshuai Wang,Tingting Wang,Meilin Tan,Yongan Guo,Jianting Guo,Lanzhang Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2015(02)
[7]晶界工程处理对Incoloy 800合金耐腐蚀性能和力学性能的影响[J]. 李钧,苏诚,张磊,邵羽,肖学山,周志江. 上海大学学报(自然科学版). 2013(05)
[8]Investigation on the dissolution of η phase in a cast Ni-based superalloy[J]. M.R. Jahangiri,H. Arabi,S.M.A. Boutorabi. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2013(01)
[9]Coarsening Kinetics of γ’ Precipitates in Dendritic Regions of a Ni3 Al Base Alloy[J]. H.B.Motejadded,M.Soltanieh,S.Rastegari. Journal of Materials Science & Technology. 2012(03)
[10]抗氢脆奥氏体钢及抗氢铝[J]. 李依依,范存淦,戎利建,闫德胜,李秀艳. 金属学报. 2010(11)
硕士论文
[1]晶界工程对镍基690合金耐晶间腐蚀性能的影响[D]. 冯万里.上海交通大学 2011
本文编号：3366031
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3366031.html
