基于晶界工程预形变热处理对GH4169蠕变性能影响研究

作     者：张国铭 

作者单位：辽宁石油化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘峰

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：GH4169 预形变 蠕变 空洞形核 晶界滑移 

摘      要：GH4169是我国仿制美国Inconel 718合金,并经改进而独立发展起来的Ni基变形高温合金,其合金的组织结构主要由γ基体、γ’、γ″相和碳化物组成。由于在高温具有其优异的力学和蠕变性能、良好的热工艺和焊接性能,已被广泛应用于航空、航天、石油、化工及能源等各个领域。早期的高温合金中Ni、Cr含量为4:1,最初发展镍基变形高温合金的方法是通过调整生产中通过添加较微量的Al和Ti来提升合金在高温下蠕变强度和抗氧化能力,从而达到提高该合金的使用温度,大致可分为两大类:Ni.Cr-Al.Ti.W-Mo.Ta系和Ni.Cr-Al系合金。镍基变形高温合金GH4169因在高温、高应力条件下具有良好的抗腐蚀性能、抗氧化性能被广泛应用于生活、科研等领域。本文采用两种不同的热处理手段来研究预形变热处理对GH4169蠕变性能的影响。在同温度不同应力条件下,分析GH4169合金蠕变断裂机制。热处理手段主要为以下两大类:一种为固溶处理后,冷拔形变9.8%,14%,20%,930°C退火10min空冷,在720°C随炉停留8h,然后以50°C每小时冷却至620℃保温停留8小时。另一种980°C固溶处理8小时,在空气中冷却。然后进行预形变冷拔9.8%,14%,20%,然后720°C随炉停留8h,然后以50°C每小时冷却至620℃保温停留8小时,最后在空气中冷却至常温。预形变热处理后的试件置入SANS高温蠕变机中,进行蠕变断裂实验。实验结果表明:随着在930°C退火保温时间的延长,基体内的特殊晶界含量不断提升。在保温时间达到30min时达到最峰值。GH4169合金在蠕变断裂试验说表现出的蠕变断裂的机制主要分为两种,一种为晶界的滑移,另一种为晶界空洞形核机制。在较低应力下（700MPa）,试件主要发生的晶界处发生空洞的形核和长大过程,同时伴随着晶界发生的滑移。同时冷拔后进行退火保温处理体现出较高的蠕变抗性。在较高应力下（810MPa）下,试件发生蠕变断裂起主导作用的蠕变断裂机制是晶界的滑移,同时伴随着晶界处的空洞形核。冷拔后的退火保温处理并没有起到较好的增强合金蠕变抗性。同时发现,试件发生空洞形核占主导地位的合金较晶界滑移蠕变断裂的合金具有更强的蠕变分布和比例存在一定对应关系,说明通过预形变热处理可以优化GH4169合金晶界特征分布进而增强其抵抗蠕变的性能。