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无锡国劲合金有限公司
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阅读：139发布时间：2017-2-10
高温铁基合金是生产涡轮喷气发动机涡轮盘和紧固件的重要材料,在长时间的中高温环境下服役后,会出现性能的衰退,甚至造成安全事故,因此有必要对合金的力学性能和耐腐蚀性能进行强化。激光冲击强化作为一项全新的表面强化技术,利用冲击过程中产生的高应变率动态冲击波作用于材料表面,引起剧烈塑性变形,从而大幅提升合金的综合力学性能,延长其使用寿命。本文以GH2036合金为研究对象,通过宏观力学和微观结构两方面实验,验证了激光冲击对GH2036合金综合力学性能和耐腐蚀性强化的可行性,并总结出强化机理。论文的主要工作和研究结论如下:(1)理论上分析了激光冲击波作用于材料表面,引起塑性变形的响应过程。获得了激光冲击作用下合金微观结构的变化规律及作用机理,通过理论分析和计算,优化了激光冲击GH2036合金的实验参数。(2)研究了激光冲击作用下GH2036合金的表面形貌、粗糙度、显微硬度和残余应力的变化。总结并论述了激光冲击GH2036合金力学性能强化的作用机理是析出相强化、位错强化以及细晶强化的综合作用,其中析出相和位错共同作用促成了位错强化。建立了激光冲击GH2036合金的晶粒细化模型:激光冲击过程中,散乱分布的位错因塑性变形而大量增殖,同时相互作用形成位错缠结、位错胞等多种位错结构;位错结构进一步演变,形成取向随机的亚晶界;随着系统内能量的稳定,晶粒细化完成。(3)探究了GH2036合金在热腐蚀和电化学腐蚀中抗腐蚀能力的变化规律,从宏观和微观角度证明了激光冲击对GH2036合金耐腐蚀性能的提升作用,建立了氧化膜剥落和腐蚀凹坑的形成模型,并从理论上总结出强化原因。研究结果表明:残余压应力的增加和耐热耐腐蚀析出相的增殖是激光强化耐腐蚀性能的重要原因。残余压应力抑制了腐蚀产物的剥落和裂纹的产生,防止腐蚀的进一步加剧;激光冲击作用后析出相数目的增多和微观结构的变化使得合金表层结构更为稳定,提升了腐蚀启动的阀值,增加了耐腐蚀性能。
对铁基高温合金GH2132进行450℃低温等离子体渗氮。利用扫描电子显微镜、X射线衍射技术分析研究渗氮层组织结构特点。结果表明:渗氮层由高硬度且耐蚀性更好的奥氏体基过饱和氮固溶体,即膨胀奥氏体γ_N相组成。γ_N相的点阵参数由表及里沿渗层深度逐渐降低,且点阵膨胀相对于基体奥氏体呈各向异性。渗层厚度约23μm,呈双渗层结构,即形成了内扩散层。
对A286铁基高温合金进行固溶温度+时效两段式热处理工艺优化研究。采用固溶热处理制度为930~1020℃/4 h/WC,固溶时间为0~4 h。合金时效研究采用640~790℃/4 h/AC热处理;在时效温度730℃条件下,研究0~16 h时效时间对合金组织及性能的影响。结果表明:随着固溶温度上升和时间延长,合金晶粒尺寸有一定程度长大,但硬度逐渐下降;随着时效温度提高及时间延长,合金的硬度先升高而后降低;在固溶热处理过程中,合金随着固溶处理温度提高及时间的延长,γ’相回溶入基体;当固溶后的时效温度提高至700℃才析出γ’强化相;随着时效时间延长,析出的γ’强化相发生粗化;合金时效γ’强化相粗化过程符合Ostwald熟化长大规律,计算值与实际值相关系数大于97%;同时,确定了的热处理工艺制度。
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