發(fā)布時(shí)間：2020-07-06 08:00

【摘要】：內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)中的多種領(lǐng)域,包括各類機(jī)械、車輛和艦船主機(jī),提高內(nèi)燃機(jī)燃燒室工作溫度可有效提高燃油利用效率并降低CO_2排放。顯著提高的工作溫度對(duì)材料耐高溫腐蝕性能、高溫強(qiáng)度、耐磨性和高溫組織穩(wěn)定性等提出更加苛刻的要求。本研究選擇一種新型Ni-Cr-Fe變形鎳基高溫合金作為內(nèi)燃機(jī)排氣閥用材料,鎳基合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性和組織穩(wěn)定性,在高溫技術(shù)鄰域有著最為廣泛的應(yīng)用。本文采用金相顯微鏡(OM)、場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨電子顯微鏡(HRTEM)及JMatPro熱力學(xué)計(jì)算軟件等研究了該型鎳基高溫合金的固溶-時(shí)效熱處理制度、750°C長期熱暴露組織穩(wěn)定性及高溫氧化行為等,研究顯微組織特征與宏觀力學(xué)性能間的內(nèi)在聯(lián)系。T_1、T_2、T_3和T_4四種熱處理制度下,γ′相均呈球狀均勻分布,平均尺寸分別為50.18 nm、15.04 nm、23.59 nm、49.10nm,高溫時(shí)效+低溫時(shí)效(850°C×4h+730°C×4h)雙級(jí)制度可顯著提高γ′相尺寸。L1_2有序結(jié)構(gòu)的γ′相和γ基體在{100}和{110}原子面上保持共格位向關(guān)系,相界面晶格條紋連續(xù)過渡�；w中存在MC(富Nb、Ti)和M_(23)C_6(富Cr、Mo)兩種類型碳化物,固溶態(tài)樣品室溫?cái)嗫诹鸭y穿晶擴(kuò)展,熱處理態(tài)樣品斷口裂紋沿晶界位置擴(kuò)展,斷口表面韌窩尺寸顯著減小,同時(shí)延伸率保持20%以上。750°C長時(shí)間保溫過程中,γ′相的粗化過程符合LSW理論,長大過程受溶質(zhì)原子在γ基體中的擴(kuò)散控制,小顆粒周圍基體與大顆粒周圍基體的γ′相形成元素濃度梯度是γ′相長大過程驅(qū)動(dòng)力。α-Cr平衡相析出將改變基體中的溶質(zhì)原子濃度,改變?chǔ)谩湎啻只俾?γ′相形態(tài)受其表面能和彈性應(yīng)變能競爭控制,晶內(nèi)區(qū)域保持球狀、表面最低,MC型碳化物和α-Cr相表面,γ′相沿二維方向鋪展成圓盤狀以降低彈性應(yīng)變能。α-Cr相與其表面鋪展的γ′相形成“三明治”形態(tài)結(jié)構(gòu),750°C-2000h以后α-Cr相顯著析出導(dǎo)致合金室溫塑性顯著降低,α-Cr相呈網(wǎng)狀分布在斷口晶粒表面,斷面平整、基本無韌窩分布。750°C長時(shí)間氧化過程中,氧化增重過程表現(xiàn)為分段式特征,2000h以后氧化增重速率呈上升趨勢,α-Cr相析出并改變基體溶質(zhì)原子濃度,特別是Cr元素近表層的濃度分布梯度,可能提高氧化增重速率,外層氧化物由Cr_2O_3和TiO_2組成,稀土元素Y的添加可改善外層氧化物致密度,降低O元素內(nèi)擴(kuò)散速率,減小內(nèi)氧化層厚度,氧化層增厚速率減慢。900°C-300h氧化過程中,氧化層未發(fā)生剝落,隨著時(shí)間延長,最外層氧化膜中的TiO_2較Cr_2O_3的相對(duì)含量增加。1000°C氧化過程中,Cr_2O_3進(jìn)一步氧化蒸發(fā),表層氧化物變得疏松,在冷卻過程發(fā)生表層氧化物剝落現(xiàn)象,Y元素的添加可顯著降低其氧化速率,內(nèi)層氧化物由Al_2O_3和TiO_2組成,前者在氧分壓極低情況下優(yōu)先形成,并沿晶界位置向內(nèi)部延伸。綜上所述,對(duì)該型鎳基高溫合金的顯微組織、物相轉(zhuǎn)變過程及高溫氧化行為進(jìn)行了較為詳細(xì)研究,可為合金組織性能的進(jìn)一步優(yōu)化理論依據(jù),包括延緩γ′相粗化、減少α-Cr相析出及改善氧化膜熱穩(wěn)定性等。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK401;TG146.15

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2743375