鎳基高溫合金攪拌摩擦處理組織演變機(jī)理研究.pdf

1、對(duì)工程金屬材料進(jìn)行局部改性能夠在基體材料不變的前提下，顯著改善局部性能，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用背景。本文采用攪拌摩擦處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了Waspaloy和Mar-M247鎳基高溫合金的組織改性。在攪拌摩擦處理工藝特性研究的基礎(chǔ)上，分析了攪拌區(qū)域顯微組織結(jié)構(gòu)、攪拌摩擦過程材料流動(dòng)和再結(jié)晶行為。利用攪拌摩擦處理作為激光重熔前處理，研究了攪拌摩擦組織對(duì)焊接液化裂紋的影響。
　　通過系統(tǒng)工藝實(shí)驗(yàn)，獲得了Waspaloy合金攪拌摩擦處理

2、的優(yōu)化工藝窗口，研究了工藝參數(shù)對(duì)攪拌區(qū)域深度和缺陷分布的影響，并探索了Mar-M247合金的攪拌摩擦處理工藝。研究發(fā)現(xiàn)，熱等靜壓Si3N4陶瓷攪拌頭在鎳基高溫合金攪拌摩擦過程中會(huì)發(fā)生磨損、破碎和分解。
　　通過OM、SEM、EBSD和TEM確定了攪拌區(qū)顯微組織結(jié)構(gòu)，分析了攪拌摩擦過程高應(yīng)變率、高應(yīng)變、短時(shí)高溫條件下組織演變行為。研究發(fā)現(xiàn)，冷卻條件對(duì)攪拌摩擦處理組織演變具有較大影響。在空氣、冷卻水和液氮三種冷卻條件下，Waspalo

3、y攪拌區(qū)組織以隨機(jī)取向的等軸晶為主，晶粒尺寸分別為1-2μm、200-700nm和150-700nm。需要指出的是，Waspaloy攪拌區(qū)組織在不同冷卻條件下的演變機(jī)制均表現(xiàn)為連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和不連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶并存。Mar-M247攪拌區(qū)為300-800nm等軸晶基體+細(xì)小碳化物構(gòu)成，鑄態(tài)碳化物枝晶在攪拌過程中發(fā)生機(jī)械離散，形成微米級(jí)至亞微米級(jí)多尺度碳化物顆粒散布于基體中，并首次發(fā)現(xiàn)破碎碳化物顆粒與基體形成冶金結(jié)合界面。γ′相顆粒完全溶解

4、于基體中，急速冷卻抑制了其再次析出。在Mar-M247中只觀察到連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。
　　對(duì)比了Waspaloy和Mar-M247合金攪拌摩擦處理前后激光重熔熱影響區(qū)液化裂紋情況。經(jīng)攪拌摩擦處理后，Wasploy熱影響區(qū)裂紋完全消除，Mar-M247熱影響區(qū)裂紋數(shù)量明顯減少。攪拌區(qū)基體晶粒顯著細(xì)化，晶界面積大大增加，晶界中的液相含量減小，液化膜厚度減小；攪拌作用使大塊碳化物離散，分散到基體中，避免液相在局部集中形成液化膜；γ′相完全溶