電場處理對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、高溫合金是標志國家科技發(fā)展水平及國防能力的重要金屬材料，一直都是世界各國材料領域研究的關鍵。但隨著對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、長期時效后韌塑性下降、表面穩(wěn)定性降低等諸多制約其發(fā)展與應用的瓶頸性問題。
　　 近年來，由材料科學及電磁學交叉而形成材料電磁學。電磁場處理以其具有能量密度高、可精確控制等諸多優(yōu)點受到世人關注。電場作為除常用的溫度場、應力場外的重要能量場，對材料具有強烈的作用，而且當與

2、溫度場、應力場協(xié)調(diào)應用時能夠產(chǎn)生單純溫度場、應力場無法達到的耦合作用。本文以我國航空航天領域正在應用的鎳基變形高溫合金（GH4199、GH4586及GH3625合金）為對象，研究了靜電場及脈沖電流下合金的組織演化、電場處理對鎳基變形高溫合金變形及腐蝕行為的作用機理。
　　 材料各種性質(zhì)主要取決于材料中的微觀結構和缺陷（包括空位、位錯、亞晶界及晶界等）等因素，通過改變這些微觀結構和缺陷，可實現(xiàn)控制材料組織、改善其性能之目的。本文通

3、過研究靜電場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，揭示靜電場處理影響鎳基變形高溫合金組織及拉伸變形行為的機理。結果表明，長期時效鎳基變形高溫合金在高溫靜電場熱處理過程中，實際靜電場、電流場及溫度場共存，靜電場強度的增加是促進元素擴散的主要因素，隨靜電場強度的提高，合金中的碳化物和TCP相的數(shù)量和尺寸增加。適當靜電場強度及溫度條件下，鎳基變形高溫合金中孿晶數(shù)量隨處理時間的延長而增加。低應變

4、速率變形中，靜電場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滑移方向，并使裂紋穿過孿晶界擴展時發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)。由此，使得合金變形過程中塑性變形功增加，推遲斷裂時間，進而提高合金塑性。增加應變速率，晶內(nèi)開動的滑移系數(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，導致合金塑性降低。
　　 在要求高溫合金具有一定高溫強度、高溫

5、塑性的同時，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于合金的使用安全亦尤為重要。本文通過對優(yōu)化參數(shù)下靜電場熱處理后GH4199合金組織及耐腐蝕性能等的分析，總結了靜電場熱處理對合金耐腐蝕性能的影響規(guī)律及機理。結果表明，靜電場熱處理過程中合金晶內(nèi)退火孿晶的萌生、長大，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，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)律及機理，研究脈沖電流處理對合金變形行為的影響。結果表明，脈沖電流處理中，脈沖電子流加劇合金原子自身的熱振動，降低合金原子躍遷激活能；脈沖電流處理初期由于瞬時升溫形成的熱應力，提高合金中的空位濃度，加速合金中的原子擴散，改變相析出與長大的熱力學及動力學條件，促進γ’相的粗化及碳化物的低溫析出與

7、快速長大。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，與時效過程中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’相的長大及晶界M23C6型碳化物的析出是阻礙位錯運動、提高塑性變形抗力（處理20min,σs提高19.97％）的主要原因。
　　 再結晶作為變形多晶材料重要

8、的組織變化過程，對于實現(xiàn)材料的強韌化具有重要意義。本文將脈沖電流處理方法應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)再結晶行為，探討脈沖電流影響合金再結晶過程的機理。脈沖電流下，冷變形高溫合金中缺陷運動、重組更加容易，原子擴散激活能大幅度降低，原子擴散速率提高，從而改變發(fā)生再結晶的熱力學及動力學條件，使合金在較低溫度下短時間即可發(fā)生再結晶，而且與單一溫度場相比，再結晶進程加快。