S-816钴基合金的热变形特性研究

论文摘要

固体氧化物燃料电池（SOFC）中的弹性密封材料工作在800℃高温下,同时对电池堆起到弹性支撑作用。由于工作环境温度高,工作时间长,普通的弹性合金难以在如此高的温度下有效工作,因此需要探索和开发新型的SOFC弹性密封材料。S-816钴基合金是一种传统的高温弹性钴基合金,在800℃高温具有较高的强度和弹性,通常被用来制作高温下的弹性元件,是一种很有潜力的SOFC弹性材料。本文通过Gleeble-1500D热模拟试验机对S-816合金进行热模拟试验,研究其热变形特性,并通过增重法、SEM.TEM等设备对合金的抗氧化性能、微观组织进行研究,为该合金应用于SOFC弹性密封材料积累第一手资料。通过研究得到如下主要结果：通过热模拟试验,获得了S-816合金在不同变形条件下的真应力应变曲线,及其相对应的峰值应力和峰值应变。S-816合金在应变速率分别为：0.1s-1、1s-1和10s-1,变形温度900℃～1200℃的变形条件下的热变形激活能：Q=518KJ/mol。热变形方程为：S-816钴基合金动态再结晶临界应力和Z参数之间存在如下关系：mc=18.65lnZ一743.2S-816钴基合金的平均氧化速率为0.0031 g/（m2·h）,属于完全抗氧化级别。合金表面氧化物主要有两种形态,一种是球型颗粒；另一种是不规则状带棱角小颗粒,为含Cr.Mn.Fe的氧化物。S-816钻基合金在800℃氧化200h后氧化层稍为疏松,氧化500h后氧化层连续致密,无剥落现象。氧化层由类似于Fe3O4结构的含Cr氧化物和类似于Fe2O3结构的含Cr氧化物构成。试验合金抗氧化性能优良主要来源于占氧化膜大部分的类似Fe3O4结构的致密含Cr氧化物（FeCr2）O4。S-816钴基合金经时效后的主要析出相为M23C6和NbC.NbC在晶界和晶内析出,有两种存在形式,一种是在钢液冷却过程中析出的球状或不规则状大颗粒,形成夹杂；另一种是较细小的颗粒,为时效过程中析出。M23C6主要在晶界析出,为不规则状小颗粒,尺寸约为100nm～200nm之间,在晶界呈断续分布。晶界析出的细小的M23C6和NbC是S-816合金的主要高温强化相。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 固体氧化物燃料电池
• 1.2.1 燃料电池简介
• 1.2.2 固体氧化物燃料电池
• 1.2.3 固体氧化物燃料电池密封材料
• 1.3 高温合金
• 1.3.1 高温合金简介
• 1.3.2 高温高弹性合金
• 1.4 钴基合金的特性
• 1.4.1 钴基高温合金的合金化
• 1.4.2 钴基高温合金的强化
• 1.4.3 钴基高温合金的特点
• 1.5 金属热变形行为
• 1.5.1 材料的高温力学行为
• 1.5.2 材料的动态再结晶行为
• 1.6 金属的抗高温氧化行为
• 1.6.1 氧化动力学
• 1.6.2 氧化膜的结构与形貌分析
• 1.7 本文研究内容、目的及意义
• 1.7.1 本文研究内容
• 1.7.2 本文研究目的及意义
• 第二章 试验材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验合金的热处理工艺
• 2.2.2 力学性能测试试验
• 2.2.3 微观组织分析
• 2.2.4 热变形试验
• 2.2.5 高温抗氧化试验
• 2.2.6 化学相分析试验
• 第三章 S-816合金的热变形行为
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料及方法
• 3.3 S-816合金的高温流变行为
• 3.3.1 变形温度对S-816钴基合金流变曲线的影响
• 3.3.2 应变速率对S-816钴基合金流变曲线的影响
• 3.3.3 不同变形条件下的峰值应力和峰值应变
• 3.3.4 不同变形条件下的变形抗力
• 3.4 S-816钴基合金热变形行为热力学表征
• 3.4.1 流变应力方程
• 3.4.2 Z参数建立
• 3.4.3 峰值应力与Z参数间的关系
• 3.4.4 试验合金动态再结晶发生条件
• 3.5 热变形后的显微组织
• 3.6 S-816合金的热塑性
• 3.7 本章小结
• 第四章 S-816合金抗高温氧化性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验材料及方法
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 S-816合金的氧化动力学
• 4.3.2 S-816合金的氧化层分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 S-816合金的微观组织
• 5.1 引言
• 5.2 试验材料和方法
• 5.3 试验结果与分析
• 5.3.1 试验合金的微观组织
• 5.3.2 化学相分析结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表论文目录