【摘要】：鎳基合金因?yàn)槠渚哂袕?qiáng)度高、溫?zé)嵝阅芎�、熱�?dǎo)率低、耐腐蝕和組織穩(wěn)定性好等優(yōu)良的綜合性能而被廣泛應(yīng)用,隨著石化、能源、海洋、航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展,對(duì)鎳基合金的性能要求也越來(lái)越高。我國(guó)對(duì)鎳基高溫合金的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展,但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在一定的差距,從材料的設(shè)計(jì)與制備到對(duì)合金材料加工性能的研究都需要大量的實(shí)踐探索。為了適應(yīng)越來(lái)越復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境,成分單一的合金已經(jīng)不能滿足實(shí)際要求,通過(guò)添加合金元素對(duì)材料進(jìn)行成分設(shè)計(jì),能有效的提高材料的使用性能。材料加工是使材料走向工業(yè)應(yīng)用的最關(guān)鍵環(huán)節(jié),因此研究材料的塑性成形性能和焊接性具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文選擇以NiCuCrMoTiAlNb合金為研究對(duì)象,通過(guò)多種實(shí)驗(yàn)手段,對(duì)材料的高溫塑性變形行為以及焊接性能進(jìn)行深入研究,具體研究?jī)?nèi)容及成果如下:利用金相顯微鏡、X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)和壓縮等實(shí)驗(yàn)方法對(duì)NiCuCrMoTiAlNb合金的微觀組織、化學(xué)成分和力學(xué)性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明:原始鑄態(tài)的合金組織為典型的樹(shù)枝晶結(jié)構(gòu),熱處理材料通過(guò)均勻化退火減少了樹(shù)枝晶組織,得到部分等軸晶;鑄態(tài)和熱處理材料基體均為γ-Ni固溶體,析出相為Ni_3(AlTi)相;鑄態(tài)材料晶粒內(nèi)部各元素分布比較均勻,晶界處偏析比較嚴(yán)重;分析不同熱處理工藝材料的力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)1100℃×3h均勻化退火加950℃×2h固溶處理材料在室溫和高溫下都有良好的力學(xué)性能;對(duì)熱處理材料進(jìn)行不同溫度和不同應(yīng)變速率的高溫壓縮,根據(jù)真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線變化規(guī)律發(fā)現(xiàn),隨著溫度的升高,材料的流變應(yīng)力降低;隨著變形速率的增加,材料的流變應(yīng)力值增加;通過(guò)壓縮后試樣的金相圖片系統(tǒng)分析了壓縮變形不均勻性、變形溫度和應(yīng)變速率對(duì)材料微觀組織結(jié)構(gòu)的影響以及結(jié)構(gòu)演化規(guī)律。利用NiCuCrMoTiAlNb鎳基合金在不同溫度不同應(yīng)變速率下壓縮的真應(yīng)力-真應(yīng)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),基于阿倫尼烏斯模型,采用線性擬合的方法,建立了鎳基合金的高溫本構(gòu)方程;根據(jù)壓縮過(guò)程中不同應(yīng)變量的應(yīng)力情況,在動(dòng)態(tài)材料模型的基礎(chǔ)上建立了熱加工圖;由熱加工圖可知,當(dāng)應(yīng)變一定時(shí),耗散率隨著應(yīng)變速率的升高而減小,高應(yīng)變速率下也更容易發(fā)生失穩(wěn),并且隨著溫度的升高,失穩(wěn)區(qū)總體趨勢(shì)減小;通過(guò)分析熱加工圖,并綜合考慮不同變形條件下的材料微觀組織形貌,得到鎳基合金最佳的熱加工溫度范圍在950℃~1000℃,應(yīng)變速率控制在較低水平。采用氬弧焊工藝對(duì)NiCuCrMoTiAlNb鎳基合金進(jìn)行同種金屬焊接和異種金屬焊接實(shí)驗(yàn)。研究不同焊接電流對(duì)焊接接頭微觀組織和顯微硬度的影響規(guī)律,結(jié)果發(fā)現(xiàn)同種金屬焊接的焊接接頭組織和硬度分布相對(duì)均勻,異種金屬焊接的鎳鈦合金一側(cè)焊接接頭出現(xiàn)一定寬度的熔合區(qū),該區(qū)域出現(xiàn)了富Cr的析出相,并且硬度與鎳鈦合金母材差別較大;焊接電流為80A時(shí),焊接接頭的晶粒更細(xì)小,硬度分布更均勻,性能更好。
【圖文】：

熱合金：(a)渦輪機(jī)殼體；(b)渦輪葉片用霧化鎳基高金金屬，但卻擁有較好的耐各種介質(zhì)腐蝕的能力所以腐蝕過(guò)程不會(huì)逸出氫，且耐 NaOH，KOH鎳基耐蝕合金家族圖譜如圖 1.2 所示，牌號(hào)為為廣泛的耐蝕合金。

圖 1.1 鎳基耐熱合金：(a)渦輪機(jī)殼體；(b)渦輪葉片用霧化鎳基高溫合金；(c)管接鎳基耐蝕合金屬于中等活潑金屬，但卻擁有較好的耐各種介質(zhì)腐蝕的能力。鎳的標(biāo)準(zhǔn)電低，易極化，所以腐蝕過(guò)程不會(huì)逸出氫，，且耐 NaOH，KOH 等氫氧化物介遠(yuǎn)高于鐵[17]。鎳基耐蝕合金家族圖譜如圖 1.2 所示，牌號(hào)為 Monel 和 H合金是應(yīng)用最為廣泛的耐蝕合金。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.15;TG406

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2685793