高密度电脉冲处理对镍基高温合金组织及性能的影响

论文摘要

自1861年金属材料中的电迁移或电传输现象被发现,电流对金属材料的影响一直被各国学者所关注。其中高密度脉冲电流作用下,材料的制备过程、加工过程和热处理过程中出现的新现象引起了研究者们的极大兴趣。高温合金是标志国家科技发展水平及国防能力的重要金属材料。随着对高温合金性能要求的不断提高,高温合金化程度也随之增加,出现了诸如加工塑性差、长期时效后韧塑性下降等瓶颈性问题。本研究利用脉冲电流对镍基高温合金进行改性,研究脉冲电流作用下合金的组织演化和性能变化规律。本研究使用的电脉冲处理装置为：可输出电流密度为0-4000A/mm2微机程控脉冲电流源（脉冲频率为2Hz-50Hz,脉冲宽度为25μs-105μs）,并采用实际测量方法来确定电脉冲处理时试样的实际温度。主要研究了高密度脉冲电流下GH4199和GH3625合金的时效过程和再结晶行为,同时与常规时效和退火处理的进行了对比分析。脉冲电流促进了GH4199合金的时效过程,使GH4199合金中γ’相和晶界M23C6型碳化物迅速长大。理论计算表明：脉冲电流处理降低了GH4199合金的扩散激活能,脉冲电流使GH3625合金中的位错密度降低,促进GH3625合金中孪晶和层错的形成。脉冲电流退火处理促进了GH4199合金和GH3625合金再结晶过程。对冷轧GH4199合金进行电脉冲退火20min（处理温度达600℃）,合金已发生了再结晶,且合金中存在两种尺寸的M6C型碳化物,而即使800℃常规时效40min,亦未发现有再结晶出现。同样在600℃下对GH3625合金脉冲电流退火40min,合金再结晶过程已经完成；而600℃常规退火处理40min,合金没有发生再结晶,800℃常规退火处理40min,合金开始发生再结晶。脉冲电流提高了GH4199合金室温屈服强度和抗拉强度,而拉伸断裂延伸率可维持基本不变或稍有降低,从而使GH4199合金获得更优异的力学性能。扫描电子显微镜的拉伸断口分析发现：电脉冲时效后,晶内尺寸较大的M6C是微裂纹形成源。总之,本文研究了脉冲电流下镍基高温合金组织和性能的变化规律,本研究结果为改善镍基高温合金的组织和力学性能提供了创新性的思路与途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电流对金属凝固过程的影响
• 1.3 电流对金属塑性变形过程的影响
• 1.4 电流对金属固态相变过程的影响
• 1.4.1 固态金属中的电迁移理论
• 1.4.2 电流对界面反应的影响
• 1.4.3 电流对时效析出的影响
• 1.4.4 电流对非晶合金再结晶的影响
• 1.4.5 电流对冷变形金属再结晶的影响
• 1.5 高温合金及特征
• 1.5.1 镍基高温合金的组织结构
• 1.5.2 镍基高温合金的强化原理
• 1.6 选题目的和意义
• 参考文献
• 第2章 实验材料及研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 脉冲电流实验装置
• 2.2.2 实验过程
• 2.3 合金组织和拉伸性能的评价
• 2.3.1 表面宏观形貌及显微组织观察
• 2.3.2 显微组织的定量分析
• 2.3.3 微结构和微成分分析
• 2.3.4 拉伸性能的评价
• 参考文献
• 第3章 高密度脉冲电流下GH4199和GH3625合金微观组织演化
• 3.1 引言
• 3.2 研究方法
• 3.3 高密度脉冲电流对GH4199合金γ'相长大的影响
• 3.3.1 脉冲电流下合金γ'相的长大行为
• 3.3.2 脉冲电流下γ'相的长大动力学
• 3.3.3 脉冲电流下γ'相长大行机理的分析
• 3.4 高密度脉冲电流GH4199合金碳化物析出及长大的影响
• 3.4.1 脉冲电流下高温合金中碳化物析出及长大行为
• 3.4.2 脉冲电流时效时碳化物析出和长大行为的探讨
• 3.5 高密度脉冲电流对GH3625合金微观组织结构的影响
• 3.5.1 高密度脉冲电流处理后GH3625合金的形貌
• 3.5.2 高密度脉冲电流增加位错可动性的机理分析
• 参考文献
• 第4章 高密度脉冲电流对GH4199和GH3625合金再结晶过程的影响
• 4.1 引言
• 4.2 研究方法
• 4.3 高密度脉冲电流对GH4199合金再结晶行为的影响
• 4.4 高密度脉冲电流对GH3625合金再结晶行为的影响
• 4.5 高密度脉冲电流处理影响镍基高温合金再结晶行为的机理
• 参考文献
• 第5章 高密度脉冲电流对GH4199合金力学性能的影响
• 5.1 脉冲电流对GH4199合金拉伸性能的影响
• 5.2 高密度脉冲电流影响GH4199合金拉伸行为机理的分析
• 5.2.1 γ'相的沉淀强化
• 23C₆型碳化物的晶界强化'>5.2.2 M₂₃C₆型碳化物的晶界强化
• 参考文献
• 第6章 结论
• 致谢