【摘要】：燃燒室是航空發(fā)動機中的關(guān)鍵熱端部件之一,其服役溫度為700℃~1050℃,瞬時工作溫度可達1100℃以上,不僅要求所用材料具有良好的高溫強度,同時需要其具有優(yōu)異的抗氧化性能。GH3230合金是一種常用的燃燒室用高溫合金,該合金加入W和Mo元素進行固溶強化,獲得良好的高溫強度;同時合金中還含有20%左右的Cr元素,在1000℃以下氧化過程中可以生成致密的Cr_2O_3,具有優(yōu)異的抗氧化性能,但當服役溫度達到1000℃以上時,Cr_2O_3不穩(wěn)定,易轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性的CrO_3,導致氧化膜致密性和完整性下降,合金抗氧化性能降低。本文在GH3230合金中加入Si、Mn元素進行微合金化,研究Si、Mn元素對合金在不同溫度下(900℃-1100℃)氧化行為的影響規(guī)律,闡明上述元素的添加在合金抗氧化中的作用,從而改善該合金1000℃以上的高溫抗氧化性能。本課題獲得的研究結(jié)果如下:(1)利用熱重分析法深入研究了Si元素對合金抗氧化性能的影響,結(jié)果表明:合金中的Si元素可在高溫氧化過程中減緩氧化膜中Cr_2O_3的揮發(fā),從而保證了合金氧化膜的完整性和穩(wěn)定性,避免了內(nèi)部合金再次暴露在空氣中導致的二次氧化。Si元素減緩氧化鉻揮發(fā)的機理為:Si在氧化過程中生成二氧化硅,并逐漸占據(jù)氧化鉻揮發(fā)后的位置,保證了氧化膜的完整性和致密性;同時,在氧化膜表層生成的二氧化硅還能阻止內(nèi)部氧化鉻與空氣的接觸,減緩氧化鉻的揮發(fā)。(2)利用熱重分析法深入研究了Mn元素對合金抗氧化性能的影響,結(jié)果顯示:合金中Mn元素有利于提高合金氧化膜的粘附性和致密性,在合金表面形成一層MnCr_2O_4的保護膜,防止合金的進一步氧化。Mn元素提高合金抗氧化性能的機理為:在氧化初始階段,合金表面形成Cr_2O_3的氧化膜,隨著氧化時間的延長,Mn元素逐漸擴散到表面,以Cr_2O_3為形核中心,生成較為致密的MnCr_2O_4球狀氧化物,阻止空氣中的氧元素向合金內(nèi)部擴散,有利于合金的抗氧化性。(3)在高溫暴露條件下,Mn元素與Si元素之間亦存在交互作用:Si元素在氧化過程中抑制了Mn元素的擴散,導致合金氧化膜的成分出現(xiàn)差異,氧化膜中Mn含量降低;同時由于Si元素減緩了Mn元素的擴散,使其氧化時不能形成較為致密的MnCr_2O_4團聚物,抗氧化性能受影響。本文研究了Si、Mn元素對GH3230高溫氧化的影響機理,證明了這兩種元素的添加有利于提高合金的抗氧化性能;其研究結(jié)果具有一定的普適性,可推廣至其他高溫合金,但需要相應的后期試驗來進行驗證。
【學位授予單位】：鋼鐵研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG132.3
【圖文】：

金屬氧化反應△Gθ-T圖（Ellingham圖）

(a:3# b:4# 1:Si 2:Mn)圖 3-3 合金在 1100 ℃氧化 191 小時后截面的元素分布圖對比 3#和 4#合金的截面元素分布，結(jié)果如圖 3-3，由圖可見，不含 Si 的

【參考文獻】

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本文編號：2715943