表层再结晶对DZ17G合金拉伸和持久性能的影响

论文摘要

DZ17G合金是一种重要的定向凝固高温合金材料,在航空航天等领域得到广泛应用。高温合金的再结晶组织会对其高温力学性能会产生不利的影响,为确保DZ17G合金的使用安全,有必要研究再结晶对DZ17G合金力学性能的影响。在DZ17G合金表面进行布氏硬度压痕处理和喷砂处理,合金表面产生塑性变形,标准热处理后合金表面生成压痕再结晶和喷砂再结晶,两种再结晶都属于表层再结晶。本文研究表层再结晶对DZ17G合金拉伸性能和持久性能的影响,主要包括压痕再结晶和喷砂再结晶对合金拉伸性能的影响、压痕再结晶和喷砂再结晶对合金持久性能的影响。压痕再结晶是在试样表面局部加压形成的塑性变形区域内产生的再结晶。当载荷为750kg和1500kg时,标准热处理后试样表层再结晶的深度约为400μm和700μm。压痕再结晶的存在降低DZ17G合金760℃时的拉伸性能,提高合金650℃和20℃时的拉伸性能。760℃拉伸后,垂直于应力轴的再结晶晶界优先开裂,裂纹穿过基体相互连通导致合金的拉伸性能降低。650℃和20℃拉伸时,压痕再结晶晶界位错塞积,强化周围基体,合金的拉伸性能提高。喷砂再结晶是试样表层喷砂区域生成的再结晶层。当喷砂压强为0.35MPa时,标准热处理后再结晶层深度约为40μm。喷砂再结晶的存在降低DZ17G合金900℃和760℃时的拉伸性能,提高合金650℃和20℃时的拉伸性能。900℃和760℃拉伸时,喷砂再结晶晶界优先开裂,裂纹穿入基体使合金的拉伸性能降低。650℃和20℃拉伸时,喷砂再结晶层强度高,阻碍裂纹穿过再结晶层,使合金的拉伸性能提高。900℃/325MPa和760℃/675MPa持久时,压痕再结晶的存在降低DZ17G合金的持久性能。垂直于应力轴的再结晶晶界优先开裂,裂纹穿过基体相互连通使再结晶层失去承载能力,DZ17G合金的持久性能降低。760℃/675MPa持久时,裂纹的萌生和扩展迅速,压痕再结晶对DZ17G合金的持久寿命影响显著。900℃/325MPa和760℃/675MPa持久时,喷砂再结晶的存在降低DZ17G合金的持久寿命,900℃/325MPa持久时,喷砂再结晶的存在提高DZ17G合金的延伸率。900℃/325MPa持久时,喷砂再结晶与基体的晶界发生滑移和迁移,提高合金的延伸率。合金延伸率的提高使合金中共晶和碳化物更易于开裂,加之再结晶晶界开裂使再结晶层失去承载能力,DZ17G合金的持久寿命降低。760℃/675MPa持久时,喷砂再结晶层裂纹容易穿入基体,降低了DZ17G合金的持久寿命,晶界发生滑移和迁移程度小,合金的延伸率变化不明显。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 定向凝固镍基高温合金概述
• 1.1.1 高温合金的发展概况
• 1.1.2 定向凝固高温合金
• 1.1.3 镍基高温合金强化原理
• 1.2 镍基高温合金中的再结晶
• 1.2.1 镍基高温合金再结晶的形核和长大
• 1.2.2 镍基高温合金再结晶的主要影响因素
• 1.3 再结晶对镍基单晶和定向凝固高温合金力学性能的影响
• 1.4 本文研究的目的、意义和内容
• 第2章 研究方案
• 2.1 实验方案
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 合金制备
• 2.2.2 试样制备
• 2.2.3 变形实验和组织分析
• 2.2.4 再结晶形貌观测
• 2.3 实验设备与仪器
• 第3章 表层再结晶对DZ17G合金拉伸性能的影响
• 3.1 压痕再结晶对DZ17G合金拉伸性能的影响
• 3.1.1 压痕再结晶组织形貌
• 3.1.2 压痕再结晶对合金拉伸性能的影响结果
• 3.1.2.1 相同深度压痕再结晶对合金不同温度拉伸性能的影响
• 3.1.2.2 不同深度再结晶对合金760℃和20℃拉伸性能的影响
• 3.1.3 再结晶试样在不同温度下的拉伸断口和组织形貌
• 3.1.3.1 760℃拉伸断口和组织形貌
• 3.1.3.2 650℃拉伸断口和组织形貌
• 3.1.3.3 20℃拉伸断口和组织形貌
• 3.1.4 分析与讨论
• 3.2 喷砂再结晶对DZ17G合金拉伸性能的影响
• 3.2.1 喷砂再结晶组织形貌
• 3.2.2 喷砂再结晶对合金拉伸性能的影响结果
• 3.2.3 再结晶试样在不同温度下的拉伸断口和组织形貌
• 3.2.3.1 900℃拉伸组织形貌
• 3.2.3.2 760℃拉伸断口和组织形貌
• 3.2.3.3 650℃拉伸断口和组织形貌
• 3.2.3.4 20℃拉伸断口和组织形貌
• 3.2.4 分析与讨论
• 3.3 本章小结
• 第4章 表层再结晶对DZ17G合金持久性能的影响
• 4.1 压痕再结晶对DZ17G合金持久性能的影响
• 4.1.1 压痕再结晶对DZ17G合金900℃/325MPa的持久性能的影响
• 4.1.1.1 压痕再结晶对合金900℃/325MPa持久性能的影响结果
• 4.1.1.2 再结晶试样的持久断口及组织形貌
• 4.1.1.3 再结晶试样900℃/325MPa持久中断
• 4.1.2 压痕再结晶对DZ17G合金760℃/675MPa持久性能的影响
• 4.1.2.1 压痕再结晶对合金760℃/675MPa持久性能的影响结果
• 4.1.2.2 再结晶试样的持久断口及组织形貌
• 4.1.2.3 再结晶试样760℃/675MPa持久中断
• 4.1.3 再结晶晶粒合并对DZ17G合金持久性能的影响
• 4.1.4 分析与讨论
• 4.1.4.1 压痕再结晶对DZ17G合金900℃/325MPa的持久性能的影响
• 4.1.4.2 压痕再结晶对DZ17G合金760℃/675MPa的持久性能的影响
• 4.1.4.3 再结晶晶粒合并对DZ17G合金持久性能的影响
• 4.2 喷砂再结晶对DZ17G合金持久性能的影响
• 4.2.1 喷砂再结晶对合金持久性能的影响结果
• 4.2.2 再结晶试样持久断口及组织形貌
• 4.2.2.1 900℃/325MPa持久断口及组织形貌
• 4.2.2.2 760℃/675MPa持久断口及组织形貌
• 4.2.3 分析与讨论
• 4.2.3.1 喷砂再结晶对DZ17G合金900℃/325MPa持久性能的影响
• 4.2.3.2 喷砂再结晶对DZ17G合金760℃/675MPa持久性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢