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稀有金属材料与工程 2022年第11期51卷 4059-4066页

作者：彭剑屠懿薛智超缪新婷刘雪东常州大学机械与轨道交通学院江苏常州213164

依托数字图像相关技术在表征焊接接头局部力学性能方面的优势,对比研究了原始态、回火态和固溶时效态15CrMoR母材与镍基焊材组成的焊接接头的力学参数、硬度和显微组织。回火处理使焊接熔合区的枝晶组织转变为分散的回火索氏体,提高了... 详细信息

依托数字图像相关技术在表征焊接接头局部力学性能方面的优势,对比研究了原始态、回火态和固溶时效态15CrMoR母材与镍基焊材组成的焊接接头的力学参数、硬度和显微组织。回火处理使焊接熔合区的枝晶组织转变为分散的回火索氏体,提高了力学性能的均匀性,改善了母材区与焊接熔合区力学性能的匹配程度。固溶时效处理促使焊接熔合区的枝晶组织转变为均匀的柱状枝晶组织,同时母材区的珠光体消失、晶粒粗化,导致强度下降,引起焊接熔合区与母材区的不匹配度增大。因此,合适的热处理要求平衡母材区和焊缝区对组织的需要,以获得具有优良综合力学性能的焊接接头。

关键词：镍基合金焊接接头热处理数字图像相关技术力学性能分布

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耐高温氧化Fe-Cr-Ni中熵合金氧化层的微结构与力学性能分布

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表面技术 2022年第8期51卷 363-374页

作者：杜晓洁丁骁马新元张威贾玺泉范光伟何宜柱安徽工业大学材料科学与工程学院安徽马鞍山243002 太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室太原030024

目的开发有优异抗高温氧化性的低成本Fe-Cr-Ni中熵合金,研究其高温氧化层微结构与力学性能分布。方法通过连续氧化增重试验研究了Fe-Cr-Ni中熵合金在1150~1240℃空气中的氧化动力学,结合SEM、EDS、XRD、XPS等分析技术与微米划痕试验,对... 详细信息

目的开发有优异抗高温氧化性的低成本Fe-Cr-Ni中熵合金,研究其高温氧化层微结构与力学性能分布。方法通过连续氧化增重试验研究了Fe-Cr-Ni中熵合金在1150~1240℃空气中的氧化动力学,结合SEM、EDS、XRD、XPS等分析技术与微米划痕试验,对经1150℃氧化4 h后的氧化层形貌、成分、相分布与微米力学性能分布进行了分析。结果Fe-Cr-Ni中熵合金在空气中高温氧化增重遵循抛物线规律,氧化激活能为417.64 kJ/mol,抗氧化性优异;经1150℃氧化4 h后,Fe-Cr-Ni中熵合金氧化层形成双层结构,外层主要由致密的Mn(Fe/Cr)_(2)O_(4)尖晶石氧化物、Fe_(2)O_(3)和少量MnO_(2)组成,内层由致密且连续的Cr_(2)O_(3)组成,在基体与氧化层界面弥散分布着SiO_(2)内氧化物颗粒。氧化层的力学分布特征体现了其分层结构,外层与内层的结合力约为10 N,氧化内层与基体的结合性好,结合力约为24 N。随着划痕深度的增加,压头从氧化层表面划动至基体,塑性变形比例逐层降低,断裂韧性则随着划痕深度的增加逐层增大。结论开发的低成本Fe-Cr-Ni中熵合金具有优异的耐高温氧化性能,经高温氧化后在表面形成致密的氧化层有效阻碍了O^(2-)的向内扩散和合金元素的向外扩散,同时SiO_(2)内氧化物颗粒增加了氧化层与基体的结合力,这是Fe-Cr-Ni中熵合金具有优异抗氧化性的重要原因。

关键词： Fe-Cr-Ni中熵合金高温氧化氧化动力学氧化层微结构力学性能分布微米划痕

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基于DIC与小冲孔的镍基焊接接头局部力学性能研究

基于DIC与小冲孔的镍基焊接接头局部力学性能研究

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作者：薛智超常州大学

学位级别：硕士

镍基焊材具有优异的强度以及耐高温性,考虑到补焊强度或者异种接头碳迁移问题,设备重要位置以及焊接裂纹的修复工程上可采用镍基焊材,因此,研究使用镍基焊材的焊接接头力学性能分布具有重要意义。本文以ENi Cr Mo-3为焊材的15Cr Mo R焊... 详细信息

镍基焊材具有优异的强度以及耐高温性,考虑到补焊强度或者异种接头碳迁移问题,设备重要位置以及焊接裂纹的修复工程上可采用镍基焊材,因此,研究使用镍基焊材的焊接接头力学性能分布具有重要意义。本文以ENi Cr Mo-3为焊材的15Cr Mo R焊接接头为研究对象,从数字图像相关(DIC)技术与小冲孔试验(SPT)方法两方面结合微观分析,系统研究了镍基焊材焊接接头元素和显微组织分布、室温与高温下微区域拉伸行为和断裂机理,主要研究工作和结论包括:(1)镍基焊材焊接接头元素与显微组织分布对焊接接头各区域进行金相显微观察与扫描电镜面扫描(EDS),结果发现:母材(BM)与热影响区(HAZ)元素主要以Fe、Cr元素为主,元素未发生偏析;焊缝区(WM)主要以Cr、Ni和Fe元素为主,含有一定量的Nb与Mo元素并产生偏析;焊缝表面通过扫描电镜(SEM)观察到二次相沉淀,Nb/Mo元素含量上的差异导致沉淀相形貌不同。BM组织为铁素体与珠光体,细晶区(FGHAZ)组织为细小铁素体与珠光体,粗晶热影响区(CGHAZ)为过热组织,即残余奥氏体+马氏体,粗大奥氏体周围分布黑色网状屈氏体。WM主要组织为枝晶,形态尺寸与温度梯度以及Nb/Mo元素含量有关。(2)基于DIC技术评定焊接接头局部拉伸性能利用DIC技术研究了镍基焊材焊接接头的局部力学性能,通过DIC试验得到焊接接头的全场应变并转化为局部应力应变关系,利用Considère准则对不完整的局部应力应变关系进行外推得到焊接接头各区域的抗拉强度与完整的应力应变曲线。结果表明:焊接接头屈服强度σ由BM至WM递增,在WM位置存在一定离散性。利用硬度与屈服强度σ及抗拉强度σ的相关性,将硬度数据与屈服强度以及抗拉强度关联,得到硬度与屈服强度和抗拉强度的经验方程。(3)基于小冲孔试验评定焊接接头室温微区拉伸性能与失效机制基于室温小冲孔试验研究了焊接接头不同区域的屈服载荷P、抗拉强度σ的关联参数P、最大轴向位移u、断裂能E的分布规律并建立了焊接接头各区域P与屈服强度σ关联式,结合上述小冲孔参量与常规试验结果的关系发现:HAZ的σ和σ比BM高,BM与HAZ的塑性与断裂韧性相近,WM的强度参量高于BM与HAZ,而塑性韧性参量低于BM与HAZ。此外,通过SPT宏观断口和金相显微观察相结合的方法,研究了焊接接头各区域失效形式与断裂机理。结果发现:BM的失效是由于大量塑性变形导致在滑移带处产生孔洞并形成裂纹扩展,最终造成韧性断裂;WM在断裂前发生较少的颈缩形变,裂纹跨越一次枝晶组织形成断裂失效,断裂形式为穿晶解理和韧性混合断裂。(4)基于小冲孔试验评定焊接接头微区高温拉伸性能与失效机制基于400℃和500℃下小冲孔试验研究了焊接接头不同区域的P、P、u、E的分布以及随温度的演化规律,并且结合小冲孔参量与常规试验结果的关系发现:400℃下,HAZ的σ、σ、塑性和断裂韧性比BM高,WM的塑性参量、韧性参量与屈服强度参量低于其他区域,抗拉强度参量介于BM与HAZ之间;500℃下,HAZ的σ、塑性和断裂韧性优于BM,σ与BM相近,WM的屈服强度参量与塑性参量低于BM与HAZ,韧性参量介于BM与HAZ之间,抗拉强度参量高于BM与HAZ;此外,随着温度的增加,各区域σ不断降低,塑性不断增加,BM与WM的σ不断降低,HAZ的σ先增后降,WM的断裂韧性不断增加,BM与HAZ的断裂韧性先增后降。通过对比焊接接头各区域室温、400℃和500℃下的小冲孔宏观断口结合500℃下SEM微观断口发现:室温至500℃,BM与HAZ始终保持韧性宏观特征,WM向韧性宏观形貌转变;500℃下,BM与HAZ试样由于显微孔穴随着塑性变形的增加而扩展相连,最终造成韧性断裂;WM试样在高温下塑性与韧性得到改善,观察到大量韧窝、少量解理平台以及贯穿试样厚度方向的解理裂纹,呈现韧-脆混合断口。通过本文的研究,揭示了以ENi Cr Mo-3为焊材的15Cr Mo R焊接接头的元素与显微组织分布,构建了DIC技术与SPT评价焊接接头局部力学性能的方法,并且通过DIC、SPT以及宏观与微观断口观察系统地研究了焊接接头室温至500℃下各区域力学性能分布以及力学性能与失效形式随温度的演化规律,这些研究工作为使用镍基焊材的Cr-Mo钢焊接接头的设计和安全评定提供了理论依据。

关键词：镍基焊材焊接接头力学性能分布数字图像关联技术小冲孔试验

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