電場(chǎng)處理對(duì)鎳基高溫合金組織演化、變形行為與耐腐蝕性能的影響.pdf

1、高溫合金是標(biāo)志國(guó)家科技發(fā)展水平及國(guó)防能力的重要金屬材料，一直都是世界各國(guó)材料領(lǐng)域研究的關(guān)鍵。但隨著對(duì)性能要求的不斷提高，合金化程度也隨之增加，出現(xiàn)了諸如加工塑性差、長(zhǎng)期時(shí)效后韌塑性下降、表面穩(wěn)定性降低等諸多制約其發(fā)展與應(yīng)用的瓶頸性問(wèn)題。
　　 近年來(lái)，由材料科學(xué)及電磁學(xué)交叉而形成材料電磁學(xué)。電磁場(chǎng)處理以其具有能量密度高、可精確控制等諸多優(yōu)點(diǎn)受到世人關(guān)注。電場(chǎng)作為除常用的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)外的重要能量場(chǎng)，對(duì)材料具有強(qiáng)烈的作用，而且當(dāng)與

2、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)協(xié)調(diào)應(yīng)用時(shí)能夠產(chǎn)生單純溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)無(wú)法達(dá)到的耦合作用。本文以我國(guó)航空航天領(lǐng)域正在應(yīng)用的鎳基變形高溫合金（GH4199、GH4586及GH3625合金）為對(duì)象，研究了靜電場(chǎng)及脈沖電流下合金的組織演化、電場(chǎng)處理對(duì)鎳基變形高溫合金變形及腐蝕行為的作用機(jī)理。
　　 材料各種性質(zhì)主要取決于材料中的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和缺陷（包括空位、位錯(cuò)、亞晶界及晶界等）等因素，通過(guò)改變這些微觀(guān)結(jié)構(gòu)和缺陷，可實(shí)現(xiàn)控制材料組織、改善其性能之目的。本文通

3、過(guò)研究靜電場(chǎng)下鎳基變形高溫合金(GH4199、GH4586)的顯微組織演化規(guī)律及處理后拉伸變形行為，揭示靜電場(chǎng)處理影響鎳基變形高溫合金組織及拉伸變形行為的機(jī)理。結(jié)果表明，長(zhǎng)期時(shí)效鎳基變形高溫合金在高溫靜電場(chǎng)熱處理過(guò)程中，實(shí)際靜電場(chǎng)、電流場(chǎng)及溫度場(chǎng)共存，靜電場(chǎng)強(qiáng)度的增加是促進(jìn)元素?cái)U(kuò)散的主要因素，隨靜電場(chǎng)強(qiáng)度的提高，合金中的碳化物和TCP相的數(shù)量和尺寸增加。適當(dāng)靜電場(chǎng)強(qiáng)度及溫度條件下，鎳基變形高溫合金中孿晶數(shù)量隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。低應(yīng)變

4、速率變形中，靜電場(chǎng)熱處理鎳基變形高溫合金中出現(xiàn)的大量退火孿晶界面能夠改變位錯(cuò)滑移方向，并使裂紋穿過(guò)孿晶界擴(kuò)展時(shí)發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)。由此，使得合金變形過(guò)程中塑性變形功增加，推遲斷裂時(shí)間，進(jìn)而提高合金塑性。增加應(yīng)變速率，晶內(nèi)開(kāi)動(dòng)的滑移系數(shù)量增加，塑性變形能力隨之提高；但合金晶界處的連續(xù)分布的碳化物對(duì)晶界的弱化作用逐漸顯露，晶界與晶內(nèi)塑性變形能力差異增大，晶界成為斷裂的主要途徑，導(dǎo)致合金塑性降低。
　　 在要求高溫合金具有一定高溫強(qiáng)度、高溫

5、塑性的同時(shí)，抗氧化性能、抗熱腐蝕性能、抗輻射性能以及在特定環(huán)境下的耐腐蝕性能等對(duì)于合金的使用安全亦尤為重要。本文通過(guò)對(duì)優(yōu)化參數(shù)下靜電場(chǎng)熱處理后GH4199合金組織及耐腐蝕性能等的分析，總結(jié)了靜電場(chǎng)熱處理對(duì)合金耐腐蝕性能的影響規(guī)律及機(jī)理。結(jié)果表明，靜電場(chǎng)熱處理過(guò)程中合金晶內(nèi)退火孿晶的萌生、長(zhǎng)大，使得原始大角度晶界與退火孿晶相交處各元素原子重新排列，改善原始大角度晶界處Cr、Mo等合金元素在晶界附近的貧化。該種低能界面隔斷了原始大角度晶界、

6、阻礙腐蝕溝推進(jìn)，從而提高了鎳基變形高溫合金抗腐蝕能力。
　　 本文將脈沖電流處理方法應(yīng)用于鎳基高溫合金，分析高密度電脈沖下合金組織的變化規(guī)律及機(jī)理，研究脈沖電流處理對(duì)合金變形行為的影響。結(jié)果表明，脈沖電流處理中，脈沖電子流加劇合金原子自身的熱振動(dòng)，降低合金原子躍遷激活能；脈沖電流處理初期由于瞬時(shí)升溫形成的熱應(yīng)力，提高合金中的空位濃度，加速合金中的原子擴(kuò)散，改變相析出與長(zhǎng)大的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)條件，促進(jìn)γ’相的粗化及碳化物的低溫析出與

7、快速長(zhǎng)大。脈沖電流作用下，GH4199合金中γ’相的粗化遵循L-S-W理論，γ’相的粗化激活能為89.86kJ/mol，與時(shí)效過(guò)程中γ’相粗化激活能(251.84kJ/mol)相比降低64.31％；晶界M23C6型碳化物在600℃即可析出。脈沖電流處理后GH4199合金中γ’相的長(zhǎng)大及晶界M23C6型碳化物的析出是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、提高塑性變形抗力（處理20min,σs提高19.97％）的主要原因。
　　 再結(jié)晶作為變形多晶材料重要

8、的組織變化過(guò)程，對(duì)于實(shí)現(xiàn)材料的強(qiáng)韌化具有重要意義。本文將脈沖電流處理方法應(yīng)用于冷軋變形后的鎳基變形高溫合金(GH4199、GH3625)，研究脈沖電流下合金的靜態(tài)再結(jié)晶行為，探討脈沖電流影響合金再結(jié)晶過(guò)程的機(jī)理。脈沖電流下，冷變形高溫合金中缺陷運(yùn)動(dòng)、重組更加容易，原子擴(kuò)散激活能大幅度降低，原子擴(kuò)散速率提高，從而改變發(fā)生再結(jié)晶的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)條件，使合金在較低溫度下短時(shí)間即可發(fā)生再結(jié)晶，而且與單一溫度場(chǎng)相比，再結(jié)晶進(jìn)程加快。