本文選題：鎳基合金 + 熱影響區(qū)��； 參考：《中國科學院研究生院(上海應用物理研究所)》2017年博士論文

【摘要】：GH3535固溶強化型鎳基合金是第四代先進核能堆型--熔鹽堆的主要候選結構材料,該合金雖然能夠適用于熔鹽堆高溫、高耐腐蝕性的極端服役環(huán)境,但苛刻的工況也對焊接接頭的性能提出了極高要求。在熱循環(huán)不均勻的急速加熱和冷卻作用下,焊縫兩側的母材會形成組織梯度明顯的熱影響區(qū)(HAZ),進而影響區(qū)域組織塑性變形的協(xié)調(diào)性;此外在近熔合線高溫區(qū)會產(chǎn)生復雜的組織轉變,生成的非平衡態(tài)組織可能會引起裂紋萌生。強烈的組織和性能不均勻性使得HAZ可能成為焊接接頭長期高溫服役過程中的性能薄弱環(huán)節(jié)。因此針對GH3535合金開展焊接HAZ微觀組織、應力和力學行為的演變研究,闡明HAZ的存在對接頭短期和長期服役性能的影響,對于合金的應用具有重要的意義。本文首先采用堆焊工藝得到了尺寸較大的焊接HAZ,分析了碳化物形態(tài)、晶粒尺寸、位錯密度、孿晶晶界隨遠離熔合線而發(fā)生的連續(xù)性變化。發(fā)現(xiàn)在焊接熱循環(huán)作用下HAZ發(fā)生了顯著的組織分化。在距離熔合線400μm的范圍內(nèi),初始的顆粒碳化物發(fā)生了共晶轉變;距離熔合線100μm范圍內(nèi)的層片狀共晶碳化物在多次高溫熱循環(huán)作用下,進一步發(fā)生球化。隨著遠離熔合線,晶粒尺寸呈現(xiàn)緩慢下降然后上升的趨勢,形成了粗晶區(qū)和細晶區(qū);而Σ3孿晶晶界數(shù)量呈現(xiàn)出先快速上升后緩慢增加的趨勢。EBSD和Marc有限元結果表明焊接殘余應力和應變主要集中在熔覆金屬與母材界面附近。此外近縫區(qū)存在高密度位錯和嚴重的位錯網(wǎng)格和糾纏現(xiàn)象,但隨著遠離熔合線,上述現(xiàn)象逐漸減少和消失。HAZ不同區(qū)域的硬度和拉伸試驗結果表明,近縫區(qū)的硬度和強度值最高,而延伸率最低;隨著遠離熔合線,硬度和強度值逐漸下降,在距離熔合線較遠區(qū)域趨于穩(wěn)定;而延伸率卻呈現(xiàn)出與強度變化相反的趨勢。值得注意的是,HAZ力學性能的變化趨勢與組織分布具有高度的一致性和相關性。近縫區(qū)的高強度和低塑性主要是由焊接殘余應變引起的應變硬化效應和高位錯密度對位錯滑移的阻礙作用導致的。結合熱模擬方法,分析了焊接熱循環(huán)參數(shù),包括峰值溫度和熱循環(huán)次數(shù)等對合金組織尤其是碳化物共晶轉變的影響,揭示了近縫區(qū)共晶碳化物的轉變機制。熱模擬試驗和合金的差熱分析結果表明共晶碳化物的轉變溫度約為1300℃,確定了共晶碳化物存在(Ni+Cr)3Mo3C和(Ni+Cr)2Mo4C兩種形式。此外,闡明了碳化物共晶轉變過程和機制,建立了轉變模型。熱循環(huán)試樣的力學試驗結果表明,在峰值溫度1300℃以下,熱模擬試樣具有較好的高溫拉伸和抗應力松弛性能,熱循環(huán)次數(shù)和峰值溫度的改變,對合金力學性能沒有產(chǎn)生明顯影響;而當熱循環(huán)峰值溫度達到1340℃時,拉伸性能明顯惡化。高溫局部熔化形成的疏松組織是導致拉伸力學性能急劇下降的主要原因。通過控制焊接工藝規(guī)范,改變了HAZ和共晶碳化物轉變區(qū)域范圍,進而研究了HAZ對整個焊接接頭力學性能的影響,明確了焊接接頭短期和長期服役過程中HAZ的服役行為及接頭性能的影響。短時拉伸試驗表明,共晶范圍的擴大對接頭拉伸性能影響不明顯,且焊接接頭基本從母材處發(fā)生斷裂,在650-725℃范圍內(nèi),焊接接頭顯示出良好的高溫強度穩(wěn)定性;而對于長期持久試驗來說,焊縫區(qū)則成為了整個接頭性能的薄弱環(huán)節(jié)。綜上可知HAZ不存在軟化問題,也沒有在接頭承載過程中發(fā)生失效,這解除了對于HAZ可能是焊接構件服役應用中性能薄弱環(huán)節(jié)的顧慮,也為GH3535合金在核能和其他領域的進一步應用提供了試驗和理論依據(jù)。
[Abstract]:In this paper , the microstructure , stress and mechanical behaviors of welded joints have been studied . Short - term tensile tests show that the expansion of the eutectic range is not obvious to the tensile property of the joint , and the weld joint exhibits good high - temperature strength stability in the range of 650 - 725 DEG C .
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海應用物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG40;TL426

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本文編號：2003757