【摘要】：GH4169合金是一種鎳基沉淀強化型合金,具有優(yōu)異的高溫強度、抗腐蝕性能、抗氧化性以及良好的焊接性等綜合性能在航空航天領域有著廣泛的應用。合金由γ基體相、γ″、γ′和δ強化相以及NbC顆粒組成。NbC相是GH4169合金主要碳化物,獲得細小彌散的NbC有助于提高合金的強度和蠕變等機械性能。但在GH4169合金閃光焊接中發(fā)現(xiàn)焊接熱影響區(qū)中出現(xiàn)粗大的NbC降低了焊件的拉伸性性能,閃光焊接焊縫的形成是在閃光后從焊接端面到兩端形成合適的溫度場,隨后頂鍛變形,在界面上發(fā)生動態(tài)再結晶形成焊縫,研究發(fā)現(xiàn)由于焊接溫度與變形從焊縫到基體呈梯度分布,其NbC顆粒的尺寸、形貌、數(shù)量也具有規(guī)律分布的特征。通過熱變形模擬的辦法,研究焊接試樣上不同區(qū)域的溫度與變形對NbC變形的影響關系,由此獲得通過對焊接頂鍛變形參數(shù)的優(yōu)化,實現(xiàn)對焊縫及熱影響區(qū)NbC尺寸、形貌、數(shù)量進行控制的技術方案,滿足高性能GH4169閃光焊接件制造需要。(1)利用熱模擬實驗模擬閃光焊接過程,采用OM、SEM、TEM等技術手段研究了熱變形對NbC顆粒變化的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)隨著變形量增加NbC顆粒發(fā)生破碎和局部回溶,顆粒的尺寸和體積分數(shù)相應的減小。變形的絕熱效應導致金屬內(nèi)部溫度進一步升高,為變形過程中NbC顆粒的回溶提供條件。隨變形量的增加NbC顆粒的平均間距迅速上升,NbC顆粒隨變形量增加有從鏈狀→鏈條彎曲→鏈條方向改變→彌散分布的分布特征。(2)針對GH4169閃光焊接過程,通過帶熔合界面試樣的熱模擬實驗,開展熱變形對焊縫特征組織形成特點進行研究。基于動態(tài)材料模型的繪制了帶熔合界面的GH4169合金的熱加工圖,結合熱加工圖和組織的變化表明在應變速率為0.1 s~(-1),溫度1050℃的區(qū)域是界面,有利于形成閃光焊接焊縫特征組織。對熱變形后,熔合界面到兩端的NbC顆粒分布和尺寸觀察,NbC顆粒由彌散分布逐漸轉為條帶狀分布,NbC平均尺寸有先上升后下降的趨勢。(3)根據(jù)熱變形對NbC顆粒和組織的研究,進行了GH4169閃光焊接頂段參數(shù)優(yōu)化,在設定閃光參數(shù)所形成的梯度溫度場條件下,通過提高頂鍛行程,增加焊縫處的變形量以及促進焊縫在較低的溫度下完成動態(tài)再結晶,有效抑制了熱影響區(qū)中粗大NbC的析出,拉伸性性能明顯提高,指標幾乎與原母材性能一致,原焊接試樣拉伸斷口上細小彌散的韌窩由大而深的韌窩所替代。
【學位授予單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V252;TG132.3
【圖文】：

圖 1-1 NbC 的結構示意圖以及配位八面體Fig 1-1 Schematic diagram of NbC and coordination octahedron3 合金的強化機制（1）固溶強化固溶強化是指通過在鎳基合金中加入一些合金元素，使其形成單相奧氏體的強化。例如 Nb 和 Mo 元素的加入會引起晶格的畸變，產(chǎn)生與位錯的彈場相互作用的應力場，從而阻礙了位錯的運動的進行，造成滑移難以進行強化金屬的作用。固溶的原子半徑與 Ni 原子半徑相差越大，對位錯的阻越明顯。盡管間隙原子造成晶格畸變的強化作用大于置換原子，但由于原體中的固溶度是有限的，因此實際的強化效果并不明顯（2）時效強化GH4169 高溫合金是一種以體心四方 Ni3Nb(γ′′)和面心立方 Ni3(Al, Ti, Nb)(

貴州大學 2019 屆碩士研究生學位論文除氧化物和液態(tài)過熱金屬層提供條件。頂鍛階段是指在閃光結束后，對焊件施加頂鍛力，將液態(tài)過熱金屬擠壓出焊縫使兩端面充分貼合，發(fā)生動態(tài)再結晶，形成共同的晶粒。這個過程需要有足夠的頂鍛速度和足夠的頂鍛力，以便快速排除過熱金屬和氧化夾雜物并使接頭發(fā)生足夠的塑性變形。保持和休止階段對于形成優(yōu)質的焊接工件不可或缺。在頂鍛完成后，由于溫度場的存在，焊縫處的溫度仍然處于較高的溫度，焊縫結合強度較低，若不繼續(xù)保持壓力，往往會在成局部開裂影響工件性能

圖 2-1 熱模擬工藝路線Fig 2-1 Thermal simulation route2.2.2GH4169 焊接試樣熱壓縮變形特征及其界面組織的變化研究選用 Automation international, inc. F9 型閃光焊接機將截面尺寸為 40 mm×120 mm 的 GH4169 合金型材進行閃光，閃光后所得試樣的宏觀圖片如圖 2-2。將閃光所形成的界面至于中心位置，利用線切割沿型材軋制方向切取尺寸為 Φmm×12 mm 的圓柱形熱模擬試樣如圖 2-3 所示。以 25℃/s 的升溫速率分別加熱至 1000℃，1050℃，1100℃，1150℃后保溫 25 秒進行壓縮，變形量為 60%，應變速率分別為 0.1 s-1，1 s-1，10 s-1，15 s-1，壓縮變形后采用空冷，同樣在圓柱底部涂覆石墨以及放置鉭片減小摩擦造成的能量消耗，具體工藝路線如圖2-4所示變形期間系統(tǒng)自動記錄應力和應變數(shù)據(jù)。時間 t/s

【參考文獻】

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