Ni-Cr-W基合金中元素偏聚及对力学性能的影响

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1、学校代码10699分类号TG132.3+2密级学号2012100407题目Ni-Cr-W基合金中元素偏聚及对力学性能的影响作者韩寅奔学科、专业材料学指导教师薛祥义教授申请学位日期2017年2月国内图书分类号：TG132.3+2西北工业大学工学博士学位论文Ni-Cr-W基合金中元素偏聚及对力学性能的影响博士研究生：韩寅奔导师：薛祥义教授申请学位级别：博士学科、专业：材料学所在单位：材料学院答辩日期：2017年3月10日授予学位单位：西北工业大学Classifiedindex：TG132.3+2Dissertationsubmittedinpartialfulfillment

2、oftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyElementsSegregationandItsEffectonMechanicalPropertiesofNi-Cr-WBasedSuperalloysPh.DCandidate：HanYinbenAdvisor：ProfessorXueXiangyiDegreeAppliedfor：DoctorofPhilosophySpeciality：MaterialsScienceSchool：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateo

3、fOralDefence：March10th,2017UniversityConferringDegree：NorthwesternPolytechnicalUniversity摘要摘要Ni-Cr-W基合金是一种以固溶强化和碳化物弥散强化共同作用的镍基变形高温合金，由于其在900~1100°C高温下具有非常优异的高温力学性能、抗氧化和抗腐蚀性能、长期组织稳定性以及良好的成形加工和焊接性能，因此成为制造高温气冷反应堆用热交换管、航空航天发动机燃烧室、尾喷管等的关键材料以及化工工业中耐腐蚀部件等，具有广阔的应用前景。对固溶强化型Ni-Cr-W基高温合金的微观组织和力学性能研究

4、主要集中在晶界富Cr片层状M23C6型碳化物及合金中一次M6C型碳化物的稳定性，而关于此类合金在高温时效时，合金晶界处元素分布的规律、二次碳化物形貌析出演化规律以及它们的对力学性能影响等问题的研究还不够深入，特别是碳化物在形核之前晶界及晶内的元素分布状态、时效过程中晶界和晶内二次碳化物的析出规律、不同形貌的碳化物对高温合金拉伸变形行为的影响等，是值得深入探讨的关键问题。本文以Ni-20Cr-18W-1Mo合金为研究对象，针对上述问题开展了系统的研究工作，研究了元素晶界偏聚对晶界碳化物析出及演化的影响，分析了碳化物对合金拉伸性能的影响规律和作用机制，探讨了塑性变形及拉应力作

5、用与合金碳化物析出的相关性。本文的主要研究内容和所取得的创新成果如下：采用SEM、EPMA等手段研究了Ni-20Cr-18W-1Mo高温合金Cr、W、Mo等元素偏聚的规律。结果表明，在600~1000°C时效处理相同温度后，合金中Cr元素晶界浓度随时效时间增加而逐渐下降，W和Mo元素晶界浓度逐渐升高，同时Mo比W先达到平衡。W元素晶界平衡偏聚能QW随时效温度增加而增加；Mo原子晶界平衡偏聚能QMo随时效温度增加呈现较小的上升趋势。W元素扩散2021系数受温度的影响不明显，其扩散系数保持在7.20~8.6910ms，Mo元素扩散系数受温度影响较为明显，温度越高，扩散系

6、数越大。采用SEM、EPMA技术研究了时效温度和时间对元素晶界偏聚的影响。合金在低温阶段（25~600°C）时效时，时效温度对元素在晶界和晶内的成分分布有显著的影响，磷元素在晶界中的含量随时效温度升高而增大直至400°C时达到峰值。合金在高温阶段（600~1000°C）时效时，随时效温度升高，合金中析出的碳化物类型从M23C6逐渐转变为M6C型碳化物。同时，合金中组成碳化物的Cr、W和Mo元素也将在很大的范围内发生偏聚和反偏聚。固溶态Ni-20Cr-18W-1Mo合金经1100°C时效后，晶界和晶内析出的碳化物均为M6C型碳化物。60%变形量合金晶粒尺寸没有发生明显变化，

7、其晶界碳化物形貌随时效时间的变化为：颗粒状→链状→长条状→骨节状，晶界区域内WI西北工业大学工学博士学位论文和Cr偏聚集中在晶界两侧10μm的区域内。随着时效时间不断增加，W元素向晶界区域的偏聚程度越来越大，Cr元素则从晶界向基体内扩散，W原子在界面能的驱动下与C原子在晶界中结合并形核。90%变形量合金随时效时间增长，基体中有新的颗粒状碳化物析出，随后逐渐转变为长条形和针状，并伴随有针状碳化物断裂、分解。W和C元素向基体内的空位区域富集形核生成M6C型碳化物，长条形针状M6C型碳化物中W含量较高，在碳化物区域可见Cr元素的贫化