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

【摘要】：GH3535固溶強(qiáng)化型鎳基合金是第四代先進(jìn)核能堆型--熔鹽堆的主要候選結(jié)構(gòu)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(duì)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(cè)的母材會(huì)形成組織梯度明顯的熱影響區(qū)(HAZ),進(jìn)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(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的組織轉(zhuǎn)變,生成的非平衡態(tài)組織可能會(huì)引起裂紋萌生。強(qiáng)烈的組織和性能不均勻性使得HAZ可能成為焊接接頭長(zhǎng)期高溫服役過程中的性能薄弱環(huán)節(jié)。因此針對(duì)GH3535合金開展焊接HAZ微觀組織、應(yīng)力和力學(xué)行為的演變研究,闡明HAZ的存在對(duì)接頭短期和長(zhǎng)期服役性能的影響,對(duì)于合金的應(yīng)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(cuò)密度、孿晶晶界隨遠(yuǎn)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(zhuǎn)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?zé)嵫h(huán)作用下,進(jìn)一步發(fā)生球化。隨著遠(yuǎn)離熔合線,晶粒尺寸呈現(xiàn)緩慢下降然后上升的趨勢(shì),形成了粗晶區(qū)和細(xì)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(shì)。EBSD和Marc有限元結(jié)果表明焊接殘余應(yīng)力和應(yīng)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(cuò)和嚴(yán)重的位錯(cuò)網(wǎng)格和糾纏現(xiàn)象,但隨著遠(yuǎn)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(yàn)結(jié)果表明,近縫區(qū)的硬度和強(qiáng)度值最高,而延伸率最低;隨著遠(yuǎn)離熔合線,硬度和強(qiáng)度值逐漸下降,在距離熔合線較遠(yuǎn)區(qū)域趨于穩(wěn)定;而延伸率卻呈現(xiàn)出與強(qiáng)度變化相反的趨勢(shì)。值得注意的是,HAZ力學(xué)性能的變化趨勢(shì)與組織分布具有高度的一致性和相關(guān)性。近縫區(qū)的高強(qiáng)度和低塑性主要是由焊接殘余應(yīng)變引起的應(yīng)變硬化效應(yīng)和高位錯(cuò)密度對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用導(dǎo)致的。結(jié)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(duì)合金組織尤其是碳化物共晶轉(zhuǎn)變的影響,揭示了近縫區(qū)共晶碳化物的轉(zhuǎn)變機(jī)制。熱模擬試驗(yàn)和合金的差熱分析結(jié)果表明共晶碳化物的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變過程和機(jī)制,建立了轉(zhuǎn)變模型。熱循環(huán)試樣的力學(xué)試驗(yàn)結(jié)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(yīng)力松弛性能,熱循環(huán)次數(shù)和峰值溫度的改變,對(duì)合金力學(xué)性能沒有產(chǎn)生明顯影響;而當(dāng)熱循環(huán)峰值溫度達(dá)到1340℃時(shí),拉伸性能明顯惡化。高溫局部熔化形成的疏松組織是導(dǎo)致拉伸力學(xué)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(zhuǎn)變區(qū)域范圍,進(jìn)而研究了HAZ對(duì)整個(gè)焊接接頭力學(xué)性能的影響,明確了焊接接頭短期和長(zhǎng)期服役過程中HAZ的服役行為及接頭性能的影響。短時(shí)拉伸試驗(yàn)表明,共晶范圍的擴(kuò)大對(duì)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(qiáng)度穩(wěn)定性;而對(duì)于長(zhǎng)期持久試驗(yàn)來說,焊縫區(qū)則成為了整個(gè)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(duì)于HAZ可能是焊接構(gòu)件服役應(yīng)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(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用提供了試驗(yàn)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(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG40;TL426

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本文編號(hào)：2003757