镍基高温合金的激光冲击表面改性研究.pdf

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1、镍基高温合金的激光冲击表面改性研究StudyonLaserShockProcessingSurfaceModificationofNickel-·BasedSuperaHoy姓2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位敝储龋／扔、n1．≯口烨

2、年《只5日学位论文版权使用授权书filllllIIIIIIilllllllllllill(1lmlllll[IIY2537556江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)

3、授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密口。学雠文储龋枷1c,／p年6具rB指导教师签名：2-口∽年占只厂日江苏大学硕士学位论文摘要高温合金一直被视为现代航空工业的“心脏"，而其中应用最为广泛的镍基高温合金更是与航空发动机的发展密切相关。未来航空工业将向着更高，更快，更稳定的方向迈进，这对镍基高温合金的服役环境提出了更加严苛的要求，其抗疲劳、抗高温氧化、耐热腐蚀等性能都面临着严峻挑战。与传统表面强化工艺相比，激光冲击强化技术以其高效、非接触、易于实现自动化等特点，在材料表面改性技术中显示了其独特技术优势，成为国内外学者研究的热点之一。本文以In718镍基高

4、温合金为研究对象，首次开展了激光冲击强化提高镍基高温合金综合机械性能及其机理的研究，取得了如下主要成果：(1)激光冲击及回火稳定性研究对In718镍基高温合金表面进行了多次的激光冲击处理实验。结果表明：激光冲击1．3次以后，合金表面显微硬度分别提高了14．4％，21．6％，25．2％，表面硬化层深度达到200pan以上；平均残余应力分别达到了．280MPa，．360MPa，．400M-Pa，影响层深度达到250岬以上；处理区表层发生明显的晶粒细化，部分发生了纳米晶化，同时产生大量的位错、孪晶、空位缺陷等亚结构组织及缺陷。在不同温度下，对In718镍基高温合金回火

5、稳定性进行了研究，结果表明：在700℃、800℃回火3h后表面显微硬度大幅度提高，900℃、1000℃回火3h后表面显微硬度大幅度降低；800℃回火3h后其残余压应力仍保持75％；激光冲击后在合金表层形成的丰富亚微组织变化导致合金硬度对温度反应更加敏感，高温回火后组织出现回复再结晶现象。(2)抗高温氧化及循环氧化性能研究In718镍基高温合金经激光冲击处理后，其循环氧化动力学得到有效改善，循环氧化剥落现象减少，抗高温循环氧化性能提高了32．4％。在不同的温度下氧化3h后其表面的氧化物主要有Cr203、NiCr204、Fe304、M003等；在900℃和1000℃

6、时氧化物分层，抛去表面疏松氧化物后是一层保护性的致密坚硬黑色氧化物，其物相组成有CoCr204、(Fe，Cr)03、Nb205等；激光冲击后合金表层扩散通道增加，氧化物形核能降低，氧化物更加细致均匀。镍基高温合金的激光冲击表面改性研究(3)耐热腐蚀性能研究对经过多次激光冲击的In718镍基高温合金在不同温度下的耐热腐蚀性能进行分析，且对其耐热腐蚀机理进行了深入探讨，结果表明：热腐蚀产物主要包括(Cr，Fe)203、Fe(Cr，A1)204、NiCr204、A1203、NiS和Cr2S3；随着激光冲击次数的增加，腐蚀层渐趋细致均匀，成分得到了改善，腐蚀速率明显降低

7、；在700。C高温下腐蚀的三次激光冲击试样减重不到20(mg·cm’2)，只有原试样的28％，耐腐蚀性能提高3倍以上；激光冲击后合金的晶粒细化和丰富的微观组织缺陷增加了元素的扩散路径，激光冲击产生的高水平残余压应力也是其耐热腐蚀性能提高的重要因素。(4)抗疲劳性能研究在．750MPa循环应力作用下，经过激光冲击强化后的In718镍基合金平均疲劳寿命提高了52％；在置信度90％、可靠度90％的情况下合金的安全疲劳寿命由约38000次提高到约63000次，提高了65．8％；激光冲击强化后的合金疲劳裂纹源区面积更大，辐射条纹更加细致平滑；激光冲击强化在合金表面产生的残

8、余压应力层及显微组织变化