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無錫國勁合金有限公司
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閱讀：145發布時間：2017-2-10
DZ483合金是*代定向凝固鎳基高溫合金,主要應用于燃氣輪機中。由于合金在定向凝固過程會造成枝晶偏析,這就要求對合金進行合理的熱處理來改善合金的組織及力學性能。近幾十年來,磁場熱處理技術得到廣泛的關注,尤其是磁場下鐵磁性合金的熱處理研究取得了豐碩的成果。目前,人們對磁場下非鐵磁性合金固態相變行為的研究非常有限。因此,本文以非鐵磁性材料DZ483鎳基高溫合金為研究對象,分別研究靜磁場和交變磁場對DZ483合金固態相變行為及力學性能的影響。同時,探討磁場作用下合金元素Al,Cr在Ni中的擴散行為。采用靜磁場研究DZ483合金固態相變行為。研究發現,磁場熱處理使合金中γ相尺寸略有減小,抑制γ相由球形轉為立方形。延長時效時間,磁場時效處理使枝晶間γ相呈頂角鈍化的立方形析出,而無磁場時效處理使枝晶間γ相呈筏化組織。磁場能抑制γ相的主要形成元素Al,Ti的擴散,從而降低γ相的長大速率,使γ相尺寸略有減小。無磁場*時效處理使偏析較為嚴重的枝晶間區域得到充分擴散,促進γ相長大,并且在共晶組織附近γ相排列緊密從而使兩相之間產生內應力,形成筏化組織。而施加磁場使合金中部分合金元素的擴散受到抑制,從而降低γ相的長大速率。因此,磁場時效處理后枝晶間并沒有發現筏化組織。對磁場熱處理后的DZ483合金進行力學性能分析,發現靜磁場可以提高合金的顯微硬度和抗拉強度。磁場使元素Cr、Al、Ti和Mo趨于分布在枝晶干,引起晶格畸變,使合金枝晶干區域得到強化,從而提高了合金的顯微硬度。12 T磁場作用下得到的球形γ相的數量明顯大于無磁場作用下得到的立方形γ相的數量,γ相的數量越多,強化效果越好,強度越高。利用交變磁場研究DZ483合金的固態相變行為。交變磁場固溶處理后的DZ483合金中γ相明顯長大,且分布均勻。交變磁場時效處理使γ相呈規則的立方形析出,無交變磁場作用時γ相呈球形析出,研究發現交變磁場能促進γ相由球形轉變為立方形,加速相變發生。交變磁場能夠提高合金的顯微硬度和抗拉強度,降低合金的延伸率。當施加0.1 T交變磁場時,合金的抗拉強度提高約4.5%,延伸率下降約2.9-5.6%。研究靜磁場作用下Ni/Ni-6.3wt.%Al擴散偶中Al在Ni中的擴散行為,發現靜磁場可以降低Al在Ni中的擴散系數和擴散距離。靜磁場是通過降低頻率因子而不是擴散激活能來抑制Al在Ni中的擴散。采用電鍍法研究靜磁場下Ni-Al反應擴散行為,發現有、無磁場作用下擴散界面均形成Ni2Al3相和NiAl3相。施加靜磁場可以抑制Ni2Al3相的生長,靜磁場是通過降低Ni2Al3相的生長常數來抑制Ni2Al3相的生長,而對Ni2Al3相的反應激活能無明顯影響,且磁場對反應層厚度的影響具有方向性。研究不同磁場方向對Ni/Ni-10at.%Cr擴散偶擴散行為的影響。結果表明,磁場平行于擴散方向時對Cr在Ni中的擴散抑制作用較強,而磁場垂直于擴散方向時對Cr在Ni中的擴散抑制作用較弱。利用交變磁場研究Ni/Ni-10wt.%Cr擴散偶的擴散行為。交變磁場可以提高Cr在Ni中的擴散系數和擴散距離。交變磁場是通過提高頻率因子而不是擴散激活能來促進Cr在Ni中的擴散。
高溫合金粉末的選區激光熔化成形是當今快速成型制造領域的重點研究對象,目前該領域已經在國家航天和生物醫療等領域重點應用,但是成形過程激光與粉末反應劇烈,容易形成較大的溫度梯度,引起熱應力,從而形成缺陷影響成形件質量。因此,探究高溫合金粉末成形機理,分析溫度場與應力場分布規律,對高溫合金粉末成形工藝有重要指導意義。本文利用有限元模擬軟件,建立三維瞬態有限元模型,將激光熱源近似為高斯分布,考慮相變潛熱與材料非線性問題,設計生死單元和參數化語言命令流,實現鎳基高溫合金成形過程的溫度場模擬與應力場模擬。主要對單道掃描、單層掃描、塊體成形的溫度場進行了分析,著重研究了掃描過程中的溫度分布、掃描線變向轉接處的溫度分布和整個時間歷程上的溫度分布情況。討論了掃描速度和激光功率對溫度場影響,熔池尺寸隨著激光功率的增加而增大,瞬時zui高溫度隨著掃描速度的減小而增大,熔池前端的溫度梯度較大。選出了合適的工藝參數,并探討了導致溫度變化和溫度梯度的原因。在溫度場模擬的基礎上,分析了應力場分布的變化規律,主要針對過程中的應力分布、掃描線變向轉接處的應力分布和冷卻到室溫的應力分布進行了分析。在成形件表面主要以拉應力為主,基板上主要以壓應力為主。掃描過程中應力集中主要發生在掃描線之間與掃描線變向轉接處,冷卻到室溫時殘余應力以拉應力為主,集中在成形件邊界和四角上,在掃描線變向轉接處出現較大的拉應力,等效應力主要集中在成形件四角和邊界上,這些應力是造成翹曲與裂紋的主要原因。利用模擬結果進行合金粉末的成形試驗,成功驗證了模擬的可靠性,并制造出致密度良好的塊體成形件。zui后對成形過程的影響因素和成形過程容易產生的缺陷進行了分析,有限元模擬在缺陷形成上的預測較為成功。
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