鎳基高溫合金的激光沖擊表面改性研究.pdf

1、高溫合金一直被視為現代航空工業(yè)的“心臟”，而其中應用最為廣泛的鎳基高溫合金更是與航空發(fā)動機的發(fā)展密切相關。未來航空工業(yè)將向著更高，更快，更穩(wěn)定的方向邁進，這對鎳基高溫合金的服役環(huán)境提出了更加嚴苛的要求，其抗疲勞、抗高溫氧化、耐熱腐蝕等性能都面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)表面強化工藝相比，激光沖擊強化技術以其高效、非接觸、易于實現自動化等特點，在材料表面改性技術中顯示了其獨特技術優(yōu)勢，成為國內外學者研究的熱點之一。
　　本文以In718鎳基

2、高溫合金為研究對象，首次開展了激光沖擊強化提高鎳基高溫合金綜合機械性能及其機理的研究，取得了如下主要成果:
　　(1)激光沖擊及回火穩(wěn)定性研究
　　對In718鎳基高溫合金表面進行了多次的激光沖擊處理實驗。結果表明:激光沖擊1-3次以后，合金表面顯微硬度分別提高了14.4％，21.6％，25.2％，表面硬化層深度達到200μm以上;平均殘余應力分別達到了-280 MPa，-360 MPa，-400 MPa，影響層深度達到25

3、0μm以上;處理區(qū)表層發(fā)生明顯的晶粒細化，部分發(fā)生了納米晶化，同時產生大量的位錯、孿晶、空位缺陷等亞結構組織及缺陷。
　　在不同溫度下，對In718鎳基高溫合金回火穩(wěn)定性進行了研究，結果表明:在700℃、800℃回火3h后表面顯微硬度大幅度提高，900℃、1000℃回火3h后表面顯微硬度大幅度降低;800℃回火3h后其殘余壓應力仍保持75％;激光沖擊后在合金表層形成的豐富亞微組織變化導致合金硬度對溫度反應更加敏感，高溫回火后組織出

4、現回復再結晶現象。
　　(2)抗高溫氧化及循環(huán)氧化性能研究
　　In718鎳基高溫合金經激光沖擊處理后，其循環(huán)氧化動力學得到有效改善，循環(huán)氧化剝落現象減少，抗高溫循環(huán)氧化性能提高了32.4％。在不同的溫度下氧化3h后其表面的氧化物主要有Cr2O3、NiCr2O4、Fe3O4、MoO3等;在900℃和1000℃時氧化物分層，拋去表面疏松氧化物后是一層保護性的致密堅硬黑色氧化物，其物相組成有CoCr2O4、(Fe，Cr)O3、

5、Nb2O5等;激光沖擊后合金表層擴散通道增加，氧化物形核能降低，氧化物更加細致均勻。
　　(3)耐熱腐蝕性能研究
　　對經過多次激光沖擊的In718鎳基高溫合金在不同溫度下的耐熱腐蝕性能進行分析，且對其耐熱腐蝕機理進行了深入探討，結果表明:熱腐蝕產物主要包括(Cr，Fe)2O3、Fe(Cr，Al)2O4、NiCr2O4、Al2O3、NiS和Cr2S3;隨著激光沖擊次數的增加，腐蝕層漸趨細致均勻，成分得到了改善，腐蝕速率明顯降

6、低;在700℃高溫下腐蝕的三次激光沖擊試樣減重不到20(mg·cm-2)，只有原試樣的28％，耐腐蝕性能提高3倍以上;激光沖擊后合金的晶粒細化和豐富的微觀組織缺陷增加了元素的擴散路徑，激光沖擊產生的高水平殘余壓應力也是其耐熱腐蝕性能提高的重要因素。
　　(4)抗疲勞性能研究
　　在-750MPa循環(huán)應力作用下，經過激光沖擊強化后的In718鎳基合金平均疲勞壽命提高了52％;在置信度90％、可靠度90％的情況下合金的安全疲勞壽