粉末冶金铁基高温合金致密化研究

论文摘要

铁基高温合金在高温下具有高的蠕变强度和抗疲劳性能,是一类具有优越综合性能的先进铁合金,该合金已经广泛应用于航空航天、核工程、能源动力、交通工程、石油化工等领域。目前国内外的研究大多采用机械合金化、热挤与热处理相结合的制备工艺,但成本昂贵,且在球磨的过程中易引入杂质元素,污染合金。本文采用传统的粉末冶金方法,以惰性气体雾化法制取的Fe-12Cr-2.5W-0.4Ti-0.25Y2O3预合金粉末为原料,通过模压成形、烧结、热加工与热处理制备无杂质的铁基高温合金。通过金相分析、X射线衍射分析、SEM显微分析、TEM显微分析、以及力学性能测试等手段分析了材料的力学性能和显微结构。由于工艺简单,且不需要专用设备,可以有效的降低生产成本。本试验为铁基高温合金的实际生产和建立显微组织演变的理论框架进行了有意义的探索。经系统研究得到以下结论:（1）测试Fe-Cr-W-Ti-Y-O预合金粉末的粒度分布、显微组织和显微硬度,并在不同温度下对粉末进行退火,分析了粉末性能对压制效果的影响。（2）采用模壁润滑和粉末润滑两种方式压制成形,分析了粉末压制成形过程中的影响因素。发现润滑方式对粉末压制成型和微观结构有很大的影响,模壁润滑避免了在粉末中添加有机物,提高了压坯的有效压制压力,从而显著消除了原始颗粒边界,使颗粒间联结紧密,经过真空高温烧结后,与粉末润滑的材料相比较,其烧结密度提高0.3～0.4g/cm3。（3）通过热锻和热轧使烧结材料发生大的形变,试样的致密度大幅提升。通过对显微组织观察,发现材料内部聚集着大量的位错,位错和晶界被析出的第二相钉扎,这是材料硬度提高的主要原因。（4）对大变形量的铁基高温合金进行热处理,利用TEM进行研究,发现有第二相析出,并钉扎位错,强烈抑制基体的再结晶。不同的退火温度对析出相有直接影响,研究发现于1300℃真空退火的合金中第二相最细小,分布最为均匀和密集,对合金的强化效果最好。考察显微组织以及硬度的变化,分析退火温度对析出相的影响和材料性能变化的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 高温合金的研究概况
• 1.2.1 高温合金的分类
• 1.2.2 高温合金的成分和性能特征
• 1.2.3 高温合金的强化原理
• 1.2.4 ODS高温合金的特点
• 1.3 氧化物弥散强化（ODS）高温合金的制备
• 1.3.1 制粉
• 1.3.2 成形及致密化
• 1.3.3 粉末冶金及热加工
• 1.4 ODS析出相的形成及对铁基合金的强化作用
• 1.4.1 铁基高温合金中微孔隙对ODS析出相形成的影响
• 1.4.2 铁基高温合金成分对ODS析出相形成的影响
• 1.4.3 塑性变形对ODS高温合金的影响
• 1.4.4 热处理工艺ODS高温合金的影响
• 1.5 本课题的研究内容与意义
• 第二章 试验方案与过程
• 2.1 试验方案的选择与依据
• 2.1.1 合金体系选择
• 2.1.2 原料粉末的选取
• 2.1.3 试验工艺
• 2.2 主要设备
• 2.3 基本分析手段及方法
• 2.3.1 元素含量测定
• 2.3.2 粒度分析
• 2.3.3 示差热分析（DSC）
• 2.3.4 密度测量
• 2.3.5 硬度测定
• 2.3.6 X-ray衍射分析
• 2.3.7 金相试样制备
• 2.3.8 扫描电镜（SEM）观察
• 2.3.9 透射（TEM）电镜观察
• 第三章 铁基高温合金粉末性能和成形性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验过程
• 3.3 试验结果及讨论
• 3.3.1 添加粉末润滑剂
• 3.3.2 雾化粉末添加模壁润滑剂
• 3.3.3 退火粉末添加模壁润滑剂
• 3.3.4 模压成形过程与润滑剂的选择
• 3.4 本章小结
• 第四章 铁基高温合金热加工过程的显微组织演化
• 4.1 前言
• 4.2 试验过程
• 4.3 试验结果及讨论
• 4.3.1 宏观形貌
• 4.3.2 显微组织
• 4.4 弥散颗粒与位错的组态
• 4.5 本章小结
• 第五章 热处理对铁基合金显微组织的影响
• 5.1 前言
• 5.2 试验过程
• 5.3 试验结果及讨论
• 5.3.1 退火温度对合金硬度的影响
• 5.3.2 退火温度对显微组织的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果