鎳基高溫合金GH536中溫低塑性非平衡偏聚機理的理論和實驗研究.pdf

1、中溫低塑性現(xiàn)象存在于大部分金屬與合金中，其斷裂往往沿晶界發(fā)生，并有雜質(zhì)偏聚到晶界上。晶界上雜質(zhì)的偏聚是引起材料沿晶斷裂的重要因為，因此，本論文將根據(jù)溶質(zhì)非平衡偏聚的熱力學(xué)、臨界時間和恒溫動力學(xué)特征，給出金屬與合金中溫低塑性的非平衡偏聚機理。實驗研究GH536中溫低塑性的發(fā)生機理，證實上述中溫低塑性的非平衡偏聚機理。為此，本論文開展了以下三個方面的工作：
　　 第一，提出了溶質(zhì)非平衡偏聚恒溫動力學(xué)圖示
　　 根據(jù)溶質(zhì)非平衡

2、偏聚熱力學(xué)、臨界時間以及動力學(xué)關(guān)系式，對經(jīng)相同高溫固溶處理，快冷后在不同低溫時效相同時間的合金，進行溶質(zhì)非平衡偏聚恒溫動力學(xué)計算與圖示，得到如下特征：經(jīng)相同高溫固溶，快冷后分別在不同低溫恒溫時效相同時間，必定在某一時效溫度，存在溶質(zhì)偏聚濃度的峰值，溶質(zhì)在該時效溫度對應(yīng)的臨界時間，必定最接近或者等于該時效時間。
　　 第二，給出了金屬與合金中溫低塑性的非平衡偏聚機理
　　 由于金屬材料高溫拉伸試驗經(jīng)歷的熱循環(huán)與溶質(zhì)非平衡偏

3、聚恒溫動力學(xué)圖示所描述的上述熱循環(huán)相同，本文提出如下中溫低塑性的非平衡偏聚機理：經(jīng)高溫固溶后快冷，在不同拉伸試驗溫度恒溫相同時間的試樣，必然在某一拉伸溫度存在雜質(zhì)非平衡偏聚濃度峰值和塑性極小值現(xiàn)象，雜質(zhì)在該溫度非平衡偏聚的臨界時間，接近或者等于該恒溫時間。當(dāng)拉伸溫度低于塑性極小值發(fā)生溫度時，隨著拉伸溫度的降低，雜質(zhì)偏聚的臨界時間越來越長于該恒溫時間，雜質(zhì)非平衡偏聚濃度將減小，導(dǎo)致材料塑性升高；當(dāng)拉伸溫度高于塑性極小值發(fā)生溫度時，隨拉伸溫

4、度的升高，雜質(zhì)偏聚的臨界時間越來越短于該恒溫時間，引起雜質(zhì)非平衡偏聚濃度減小，同樣導(dǎo)致材料塑性升高。
　　 第三，以GH536為研究實例首次實驗證實了中溫低塑性的非平衡偏聚機理
　　 本研究對工業(yè)用GH536(Hastelloy X)鎳基高溫合金1180℃固溶后水淬，在200至1000℃溫度恒溫20分鐘，然后分別進行高溫拉伸和俄歇能譜(AES)的晶界成分測量。實驗發(fā)現(xiàn)，中溫塑性極小值和晶界S偏聚濃度峰值均發(fā)生在500℃附