【摘要】：GH3625合金(以下簡稱625合金)是一種固溶強化型鎳基高溫合金,具有良好的抗氧化和耐腐蝕能力,以及優(yōu)良的高溫蠕變性能。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展,各行業(yè)對625合金的性能提出了更高的要求。目前,我國正率先自主研發(fā)建造全球首臺高溫氣冷堆核電站示范工程(HTGR),其控制棒系統(tǒng)主體構(gòu)件材料為含鈮元素的625鎳基高溫合金。其在A560℃-B780℃工況服役,實際經(jīng)歷長期高溫蠕變的影響,客觀存在微觀組織穩(wěn)定性及蠕變性能退化的問題。本文從高溫時效析出δ-Ni_3Nb沉淀相為切入點,分析了δ相對熱變形行為的影響,特別著眼于研究冷變形后625合金蠕變持久行為以及δ相的析出動力學(xué),并結(jié)合JMatPro熱力學(xué)軟件對不同碳含量的625合金熱物性及高溫相組成進(jìn)行計算分析,以期改善其高溫使用性能。采用Gleeble-3500熱模擬試驗機,分析得到δ相在熱變形過程中具有一定的軟化作用,并獲得δ相時效態(tài)625合金的熱激活能Q=294.66kJ·mol~(-1),形變強化指數(shù)n=3.805,其熱變形本構(gòu)方程為:(?)=2.21×10~(10)［sinh(0.0045σ_P)］~(3.805)exp［-294659.345/(RT)］借助OM、SEM、EBSD和TEM等現(xiàn)代分析手段,系統(tǒng)地展開冷變形625合金時效析出與蠕變持久行為關(guān)系的研究,通過對冷變形后晶內(nèi)/晶界析出、演化的短棒狀及針狀δ相的探討,揭示了δ相的析出動力學(xué)。研究結(jié)果表明,冷變形促進(jìn)δ相的析出,在不同條件下時效和蠕變時,冷變形對蠕變性能的影響不同。在780℃×240h時效,780℃×155MPa蠕變條件下,20%冷變形量的蠕變斷裂性能最好。此外,在試驗溫度范圍內(nèi),冷變形后的625合金,780℃時δ相的析出速度最快,析出相含量最多。通過上述的研究,豐富高溫合金時效蠕變持久理論,并由此拓展探尋δ相與蠕變持久性能優(yōu)化控制與改善之道,對HTGR核電站穩(wěn)定運行是不可或缺的基礎(chǔ)試驗支撐,具有重要工程意義。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG132.3
【圖文】：

圖 1-2 625 合金的 TTT 曲線[29]，γ′-Ni3(Al,Ti,Nb)，LI2型面心立方有序結(jié)構(gòu)，為輔助強化相，也常 γ′與 γ 呈共格關(guān)系，當(dāng) γ/γ′間錯配度較小，為 0~0.2%時，γ′為球，達(dá)到 0.5%~1.0%時，γ′相變?yōu)榱⒎襟w；當(dāng)錯配度超過 1.25%時在高溫蠕變過程中，γ′相在應(yīng)力的作用下往往產(chǎn)生定向聚集而筏′和 γ 之間的錯配度和應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。為合金中主要的強化相，具有體心四方（DO22）的結(jié)構(gòu)，它的慣習(xí)面為{100}γ″∥{100}γ，[001]γ″∥<001>γ。通常形態(tài)為圓盤狀，有研力學(xué)上的亞穩(wěn)相，與基體是共格關(guān)系，但錯配度較大。在溫度高，在共格畸變能的驅(qū)動下易轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的 相，與基體失去共格Nb 相，正交有序結(jié)構(gòu)。625 合金中 相的點陣參數(shù)為 a=0.5030；，其晶胞結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。 相的密排面為（010），密排方向發(fā)生屈服主要沿(010)[100]方向發(fā)生滑移變形[31]。

圖 1-3 -Ni3Nb 相的晶體結(jié)構(gòu)a) -Ni3Nb 相的晶胞結(jié)構(gòu); (b) -Ni3Nb 相(010)面原子排 625 合金時效過程主要析出相的晶體結(jié)構(gòu)和典型化學(xué)結(jié)構(gòu) 典型化學(xué)成Cubic, Fm3ma0=0.43nmMatrix blocky(Ti0.07Cr0.04Fe0.02Ni0.09N(Ti0.53Cr0.03Ni0.04Nb0.G.B. MC(Ti0.15Cr0.04Fe0.01Ni0.08NCubic, Fd3ma0=1.13nm(Cr0.21Fe0.02Ni0.37Nb0.08MCubic, Fm3ma0=1.08nm(Cr0.85Fe0.01Ni0.07MOrd Tet, I4/mmma=0.36,c=0.74nm Ni3(Nb＞0.5Ti＜0.5Orth, Pmmm

圖 1-4 金屬材料典型蠕變曲線[43]形主要通過位錯滑移和原子擴散等機理進(jìn)行，在會發(fā)生改變，國外學(xué)者[44]按歸一化強度方法-應(yīng)機理主要分為以下幾類：(σ/G＜10-4)包括晶內(nèi)空位擴散蠕變、晶界擴散和的蠕變機理。10-4＜σ/G＜10-2)符合蠕變冪次律，有原子擴散主(σ/G＞10-2)。對蠕變的貢獻(xiàn)較小，一般為 10%左右。晶界滑移移配合進(jìn)行。溫和應(yīng)力共同作用下斷裂的，一般認(rèn)為是晶界研究表明[45]，晶界裂紋的形成方式主要有兩種界交會處形成裂紋，這是由于晶界容易產(chǎn)生應(yīng)力

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2802894