鎳基合金焊縫失塑裂紋評價及力學(xué)機制的研究.pdf

1、鎳基合金是以鎳為基礎(chǔ)在高溫時具有較高強度和良好的抗氧化、抗腐蝕能力的高溫合金，廣泛用于核反應(yīng)器和蒸汽發(fā)生器中關(guān)鍵部件的制造，而鎳基合金焊縫金屬中常會出現(xiàn)高溫失塑裂紋，對此裂紋產(chǎn)生機制的說法尚無定論，也沒有更好的控制方法。為此，本文以690鎳基合金的兩種填充材料ERNiCrFe-7和ERNiCr-4為研究對象，利用新的試驗方法對失塑裂紋進(jìn)行評價，結(jié)合有限元計算設(shè)計了變截面試樣，在Thermorestor-W型模擬試驗機上進(jìn)行高溫拉伸試驗。

2、提出新的裂紋敏感性判據(jù)—臨界應(yīng)力，從力學(xué)角度出發(fā)理解了鎳基合金焊絲ERNiCrFe-7和ERNiCr-4焊縫失塑裂紋的產(chǎn)生機制，并與產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)變相結(jié)合來評價不同變形溫度下材料的裂紋敏感性。
　　通過對兩種材料的變截面試樣進(jìn)行變形溫度為850～1200℃的高溫拉伸試驗，研究了試樣中失塑裂紋的產(chǎn)生情況。當(dāng)試樣拉伸一定距離后，表面都會產(chǎn)生裂紋，隨溫度的升高，裂紋的數(shù)量先增多后減少，其中在1100℃試樣表面裂紋最多。用產(chǎn)生裂紋的臨界

3、應(yīng)變對失塑裂紋的敏感性進(jìn)行評價，得出當(dāng)溫度為900～1150℃時，材料的塑性比較低，產(chǎn)生裂紋所需的臨界應(yīng)變量相對較小。與ERNiCr-4相比，ERNiCrFe-7產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)變更小。用臨界應(yīng)力對兩種材料失塑裂紋的敏感性評價，發(fā)現(xiàn)變形溫度在950～1150℃區(qū)間時，臨界應(yīng)力的值較小，因而它們產(chǎn)生裂紋最敏感的溫度區(qū)間是950～1150℃。
　　在熱模擬試驗機上對兩種材料的試樣進(jìn)行變形溫度為850～1200℃，應(yīng)變速率為0.1s-1

4、的高溫壓縮試驗，獲得了高溫變形時試樣的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，得到同一應(yīng)變量下，流變應(yīng)力和溫度的關(guān)系。分析認(rèn)為失塑裂紋的產(chǎn)生與應(yīng)力密切相關(guān)，流變應(yīng)力超過產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)力，就會產(chǎn)生裂紋。溫度低于900℃、高于1150℃時，臨界應(yīng)力大于流變應(yīng)力，溫度為900～1150℃時，臨界應(yīng)力小于流變應(yīng)力。與 ERNiCr-4相比，ERNiCrFe-7產(chǎn)生裂紋的臨界應(yīng)力更小。這是因為ERNiCrFe-7在熱變形時流變應(yīng)力更高，材料的變形抗力越大，晶粒變形

5、越困難，變形主要集中在晶界上，易產(chǎn)生晶界裂紋。同一變形溫度下，兩種材料試樣的開裂方式相同，在850℃和1200℃時，試樣中主要是沿晶裂紋，有少量的穿晶裂紋；在900～1150℃范圍內(nèi)，試樣中只有沿晶裂紋。裂紋的擴展方向和載荷方向相關(guān)，發(fā)現(xiàn)裂紋增值的方向與加載方向呈70～90°的夾角。失塑裂紋的起裂位置處于M23C6與奧氏體基體（γ）的交界面上，并沿晶界擴展。由于M23C6與γ基體為非共格關(guān)系，界面結(jié)合強度低，應(yīng)力集中較大，因此M23C6