高溫鐵基合金是生產(chǎn)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤和緊固件的重要材料,在長時(shí)間的中高溫環(huán)境下服役后,會(huì)出現(xiàn)性能的衰退,甚至造成安全事故,因此有必要對(duì)合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能進(jìn)行強(qiáng)化。激光沖擊強(qiáng)化作為一項(xiàng)全新的表面強(qiáng)化技術(shù),利用沖擊過程中產(chǎn)生的高應(yīng)變率動(dòng)態(tài)沖擊波作用于材料表面,引起劇烈塑性變形,從而大幅提升合金的綜合力學(xué)性能,延長其使用壽命。本文以GH2036合金為研究對(duì)象,通過宏觀力學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)兩方面實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了激光沖擊對(duì)GH2036合金綜合力學(xué)性能和耐腐蝕性強(qiáng)化的可行性,并總結(jié)出強(qiáng)化機(jī)理。論文的主要工作和研究結(jié)論如下:(1)理論上分析了激光沖擊波作用于材料表面,引起塑性變形的響應(yīng)過程。獲得了激光沖擊作用下合金微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律及作用機(jī)理,通過理論分析和計(jì)算,優(yōu)化了激光沖擊GH2036合金的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。(2)研究了激光沖擊作用下GH2036合金的表面形貌、粗糙度、顯微硬度和殘余應(yīng)力的變化?？偨Y(jié)并論述了激光沖擊GH2036合金力學(xué)性能強(qiáng)化的作用機(jī)理是析出相強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化以及細(xì)晶強(qiáng)化的綜合作用,其中析出相和位錯(cuò)共同作用促成了位錯(cuò)強(qiáng)化。建立了激光沖擊GH2036合金的晶粒細(xì)化模型:激光沖擊過程中,散亂分布的位錯(cuò)因塑性變形而大量增殖,同時(shí)相互作用形成位錯(cuò)纏結(jié)、位錯(cuò)胞等多種位錯(cuò)結(jié)構(gòu);位錯(cuò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步演變,形成取向隨機(jī)的亞晶界;隨著系統(tǒng)內(nèi)能量的穩(wěn)定,晶粒細(xì)化完成。(3)探究了GH2036合金在熱腐蝕和電化學(xué)腐蝕中抗腐蝕能力的變化規(guī)律,從宏觀和微觀角度證明了激光沖擊對(duì)GH2036合金耐腐蝕性能的提升作用,建立了氧化膜剝落和腐蝕凹坑的形成模型,并從理論上總結(jié)出強(qiáng)化原因。研究結(jié)果表明:殘余壓應(yīng)力的增加和耐熱耐腐蝕析出相的增殖是激光強(qiáng)化耐腐蝕性能的重要原因。殘余壓應(yīng)力抑制了腐蝕產(chǎn)物的剝落和裂紋的產(chǎn)生,防止腐蝕的進(jìn)一步加劇;激光沖擊作用后析出相數(shù)目的增多和微觀結(jié)構(gòu)的變化使得合金表層結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定,提升了腐蝕啟動(dòng)的閥值,增加了耐腐蝕性能。
對(duì)鐵基高溫合金GH2132進(jìn)行450℃低溫等離子體滲氮。利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射技術(shù)分析研究滲氮層組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。結(jié)果表明:滲氮層由高硬度且耐蝕性更好的奧氏體基過飽和氮固溶體,即膨脹奧氏體γ_N相組成。γ_N相的點(diǎn)陣參數(shù)由表及里沿滲層深度逐漸降低,且點(diǎn)陣膨脹相對(duì)于基體奧氏體呈各向異性。滲層厚度約23μm,呈雙滲層結(jié)構(gòu),即形成了內(nèi)擴(kuò)散層。
對(duì)A286鐵基高溫合金進(jìn)行固溶溫度+時(shí)效兩段式熱處理工藝優(yōu)化研究。采用固溶熱處理制度為930~1020℃/4 h/WC,固溶時(shí)間為0~4 h。合金時(shí)效研究采用640~790℃/4 h/AC熱處理;在時(shí)效溫度730℃條件下,研究0~16 h時(shí)效時(shí)間對(duì)合金組織及性能的影響。結(jié)果表明:隨著固溶溫度上升和時(shí)間延長,合金晶粒尺寸有一定程度長大,但硬度逐漸下降;隨著時(shí)效溫度提高及時(shí)間延長,合金的硬度先升高而后降低;在固溶熱處理過程中,合金隨著固溶處理溫度提高及時(shí)間的延長,γ’相回溶入基體;當(dāng)固溶后的時(shí)效溫度提高至700℃才析出γ’強(qiáng)化相;隨著時(shí)效時(shí)間延長,析出的γ’強(qiáng)化相發(fā)生粗化;合金時(shí)效γ’強(qiáng)化相粗化過程符合Ostwald熟化長大規(guī)律,計(jì)算值與實(shí)際值相關(guān)系數(shù)大于97%;同時(shí),確定了的熱處理工藝制度。
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