近些年研究結(jié)果表明,在某些高溫合金中加入適當(dāng)含量的P元素,能顯著提高合金的持久及蠕變性能。因此,關(guān)于P的作用研究成為熱點(diǎn)問(wèn)題。但由于高溫合金中的合金元素種類多至十余種,使得P的作用及機(jī)理研究變得復(fù)雜。因此,本文并未選用現(xiàn)有牌號(hào)的高溫合金,而是設(shè)計(jì)了更便于研究的新合金體系。首先,在綜合分析確定Ni-Cr系合金及Ni-Cr-Fe系合金基體均為穩(wěn)定γ相的前提下,調(diào)整Ni、Fe含量的比例。其次,合金中除了加入P以及少量用于強(qiáng)化晶界的C外,不加入Al、Ti、Nb等強(qiáng)化元素,排除γ'及γ"相的干擾。最后,通過(guò)調(diào)整合金中的P含量,對(duì)比分析P與主要基體強(qiáng)化元素間的交互作用,為深入了解P在合金基體中的強(qiáng)化機(jī)理,提高合金使用性能以及發(fā)展新合金提供可參考的方法及途徑。本文首先研究了 P對(duì)Ni-Cr系合金的鑄態(tài)組織,軋態(tài)組織以及不同熱處理?xiàng)l件下力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,P含量的提高,細(xì)化Ni-Cr合金的鑄態(tài)組織,減小Cr元素在鑄態(tài)組織中的偏析。P抑制軋態(tài)合金中α-Cr相的析出。分析認(rèn)為P除了在晶界存在“優(yōu)先占位”現(xiàn)象外,P還降低了Cr在α-Cr相的活度系數(shù),從而降低其析出驅(qū)動(dòng)力。P含量的增加使得軋態(tài)合金的拉伸強(qiáng)度下降,但沖擊性能上升。通過(guò)固溶處理將α-Cr相完全溶解之后,P對(duì)合金的拉伸性能無(wú)明顯影響,但仍會(huì)提高合金的沖擊性能。同時(shí),固溶P原子對(duì)沖擊試樣中的位錯(cuò)組態(tài)影響顯著,證明固溶態(tài)的P原子對(duì)合金基體有重要作用。本文也研究了 P含量變化對(duì)Ni-Cr-15Fe系合金的晶粒形核及長(zhǎng)大的影響。P含量的提高顯著影響合金的鑄態(tài)枝晶組織,明顯促進(jìn)了晶粒生長(zhǎng),抑制晶粒形核。同時(shí),在枝晶間的區(qū)域以及晶界上形成大量的P化物,說(shuō)明過(guò)飽和P原主要存在于未凝固的剩余液體中,在最后凝固析出。除了晶界和枝晶間析出相以外,當(dāng)P含量高于0.27wt.%時(shí),晶內(nèi)有含P的M23C6相析出,說(shuō)明晶內(nèi)的P原子已達(dá)飽和狀態(tài)。能譜結(jié)果顯示,距離晶界越近,P含量越高,證明了 P確實(shí)有向晶界偏聚的趨勢(shì)。Fe含量的變化也顯著影響了含P的Ni-Cr-Fe系合金凝固組織,元素偏析及力學(xué)性能。結(jié)果表明,Fe含量的增加,細(xì)化鑄態(tài)枝晶組織。隨著Fe含量的增加,P在枝晶中的富集位置逐漸由枝晶間向枝晶干轉(zhuǎn)移,說(shuō)明Fe含量的增加提高了P在基體的固溶度。枝晶間及枝晶干的硬度變化也證實(shí)了 P原子在基體中的固溶強(qiáng)化作用。Fe含量的增加,降低固溶態(tài)合金的拉伸性能及持久性能,斷裂方式也由穿晶斷裂向沿晶斷裂轉(zhuǎn)變。基于之前對(duì)Ni-Cr系及Ni-Cr-Fe系合金的結(jié)果,著重研究了 Ni-Cr-15Fe系合金及Ni-Cr-30Fe系合金在不同P含量下的組織性能變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),P含量的增加促進(jìn)晶界M3P相的析出,在蠕變初期起到強(qiáng)化晶界的作用。晶內(nèi)顯微硬度的變化,證明P在基體中的固溶強(qiáng)化作用是提高晶內(nèi)強(qiáng)度的關(guān)鍵,也是蠕變性能提高的主要原因。證實(shí)了 P的有益作用確實(shí)具有合金選擇性,在較低Fe含量的合金中,適當(dāng)提高P含量既可以通過(guò)析出相強(qiáng)化晶界,也可發(fā)揮P在晶內(nèi)的固溶強(qiáng)化作用,使其性能達(dá)到最優(yōu)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG132.3
【部分圖文】：

圖１－ｌＮｉ基高溫合金的發(fā)展歷程逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｔｒｅｎｄ邋ｏｆ邋Ｎｉ－ｂａｓｅｄ邋ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ逡逑，Ｎｉ基高溫合金在整個(gè)高溫合金領(lǐng)域起著不可替代的重要成分及改善合金的生產(chǎn)技術(shù)，使得鎳基高溫合金在４０年代到展。高溫合金，尤其是Ｎｉ基合金的使用溫度范＿也從７０＿９］。－。逡逑

邐－２０逡逑＿邋：邋？邋：逡逑圖１－２邋Ｐ原子在ＡＴＩ７１８Ｐｌｕｓ合金中的分布逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ａｔｏｍ邋ｍａｐｐｉｎｇ邋ｏｆ邋Ａ１邋ａｎｄ邋Ｐ邋ｉｎ邋ｙ邋ｍａｔｒｉｘ邋ａｎｄ邋ｙｆ邋ｐｈａｓｅ逡逑（ａ）邋Ａ１邋ｉｎ邋ｍａｔｒｉｘ邋ａｎｄ邋ｙｆ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋Ｐｉｎ邋ｍａｔｒｉｘ邋ａｎｄ邋ｙｆ逡逑１．４邋３邋Ｐ對(duì)力學(xué)性能的作用逡逑（１）拉伸性能逡逑文獻(xiàn)［３７］中的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了邋Ｐ對(duì)ＧＨ７６１合金的室溫拉伸性能及高溫拉伸性能的逡逑影響。如圖１－３所示，當(dāng)合金中的Ｐ低于０．０１６邋ｗｔ．％時(shí)，該合金的室溫及６５０°Ｃ逡逑的拉伸強(qiáng)度和塑性均無(wú)顯著變化。一旦Ｐ含量高于０．０１６邋ｗｔ．％時(shí)，室溫拉伸的屈逡逑服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度以及延伸率，斷面收縮率均有所下降。說(shuō)明，此時(shí)合金的室溫逡逑強(qiáng)度和塑性都受Ｐ含量的影響而導(dǎo)致降低。但６５０°Ｃ下合金的拉伸強(qiáng)度基本無(wú)變逡逑化，但合金的塑性略有下降。逡逑６逡逑

原來(lái)的３倍以上。目前針對(duì)Ｐ對(duì)高溫合金中持久性能的影響己經(jīng)有諸多研宄，Ｐ逡逑對(duì)持久性能的影響總結(jié)如下：逡逑首先，Ｐ對(duì)持久性能的有益作用具有合金選擇性。如圖１－８所示，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)逡逑熱處理后的ＧＨ７６１合金及ＩＮ７１８合金，Ｐ的加入能夠顯著提高合金的持久壽命，逡逑但合金的持久塑性無(wú)明顯變化［４＜）＇４１］。同時(shí)Ｐ對(duì)細(xì)晶態(tài)的合金也表現(xiàn)出明顯的有逡逑益作用＠４Ｚ４３］。近些年對(duì)其他合金的研究［３８１也發(fā)現(xiàn)，Ｐ在ＩＮ７０６合金中也可以延逡逑長(zhǎng)合金的持久壽命，如圖１－９所示。而在１Ｎ７８３合金中添加Ｐ則會(huì)導(dǎo)致合金壽命逡逑下降但在ＧＨ４１３３和Ｗａｓｐａｌｏｙ兩種合金中，有益的作用卻極其微弱［４６，４７］。逡逑因此，Ｐ在高溫合金中究竟是有益還是有害，與合金體系的變化似乎有千絲萬(wàn)縷逡逑的關(guān)系。逡逑１１逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2825915