Hastelloy N合金焊后热处理碳化物转变机理研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王晚霞 |
| 答辩日期 | 2019-06-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 授予地点 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 周兴泰 |
| 关键词 | 镍基合金 焊后热处理 共晶碳化物 球化 持久性能 |
| 英文摘要 | HastelloyN,一种固溶强化镍基合金,以其较好的高温强度、优异的抗氧化能力和耐熔盐腐蚀性能被选为熔盐堆的结构材料。当温度超过1300℃时,HastelloyN合金中初生碳化物会转变为共晶碳化物,而焊接的温度范围从室温到熔点(1450℃以上)包含了碳化物共晶转变的温度点,因此焊接热影响区和焊缝区均存在共晶碳化物。另外,由于元素偏析、组织的不均匀性和焊后残余应力等使得合金焊接接头成为薄弱区域。本文研究Hastelloy N合金焊接和焊后热处理过程中碳化物的演变行为,并研究焊后热处理对焊接接头的显微硬度、拉伸性能、持久性能和微区残余应力的影响,得到焊后热处理微观组织和力学性能的变化规律,从而揭示焊后热处理碳化物的转变过程及其机理以及微观组织演变和力学性能变化之间的关系。得到的主要结果是如下:首先,系统地研究焊后热处理温度对Hastelloy N合金焊缝组织演变及力学性能的影响。结果表明:HastelloyN合金经过焊接后焊缝区枝晶内出现片状M6C共晶碳化物和纳米级颗粒状M2C碳化物,在枝晶界有少量的细小M6C碳化物析出;随着焊后热处理温度的升高,纳米级颗粒状M2C碳化物逐渐分解,直至950℃时,纳米级颗粒状M2C碳化物彻底消失。随着焊后热处理温度的升高,焊缝硬度逐渐降低,屈服强度先快速后缓慢降低,抗拉强度略有升高的趋势,而延伸率显著增加。其中,870℃和950℃焊后热处理试样的延伸率较焊态试样有明显的增加,延伸率分别为28.0%和34.0%,增加幅度分别为34.0%和62.7%。焊后热处理过程中纳米级M2C碳化物的溶解和位错的湮灭应该是导致合金焊缝显微硬度和屈服强度降低的原因。而在焊后热处理过程中,焊缝枝晶界处析出的M6C碳化物的尺寸和数量明显增加,使得焊缝的伸长率显著增加。随着焊后热处理温度的升高,焊缝的持久寿命和延伸率均先缓慢增加后显著增加。870℃C和950℃焊后热处理试样的持久寿命分别为1674.2h(焊态的5.7倍)和3347.7h(焊态的11.5倍)。枝晶界碳化物在持久过程中应力的作用下明显的长大,从而进一步阻碍晶界滑移,使得持久性能增强,延伸率升高。其次,为了研究焊后热处理时间对Hastelloy N合金焊接接头组织演变及力学性能的影响,焊后热处理温度设定为870℃。焊接接头各区晶界碳化物随着焊后热处理时间的增加数量增多。经过870℃焊后热处理0.5h后,焊接接头屈服强度降低了 43MPa(焊态272MPa)而延伸率增加了 69.6%(焊态24.0%)。在焊接热循环的作用下,焊态焊缝的枝晶界和枝晶内的亚晶界上有应力集中容易成为裂纹源。经过870℃焊后热处理后,焊缝的焊接残余应力降低,加之焊缝区都是粗大的枝晶,具有较低屈服强度的母材首先进入屈服和塑性变形阶段,使得断裂在母材区发生。经过870℃焊后热处理0.5h后,焊接接头的持久寿命和延伸率显著增加,随着热处理时间的增加,其持久寿命和延伸率均先增加后减小。焊接接头的持久性能经过870℃焊后热处理后有所提高,这是焊接接头局部应力应变降低和晶界碳化物析出钉扎位错、阻碍晶界滑移共同作用的结果。Hastelloy N合金焊缝区由于枝晶间存在元素偏析使其在冷却过程中发生共晶反应。焊缝区碳化物的共晶反应过程:γ+M6C(P)→L→4γ+M6C(E)。由于受到焊接热循环的作用,HAZ(E)中初生M6C碳化物和基体界面处发生组分液化,局部液相发生共晶反应形成共晶碳化物。热影响区碳化物的共晶反应过程:γ+M6C(P)→γ+L→γ+M6C(E)。高温热处理后共晶碳化物球化过程显示,高界面倉能促进共晶碳化物球化以获得稳定的体系。此外,体积能量的减少促进了在高温热处理Si向内扩散到球状共晶M6C碳化物中。在焊接和高温热处理过程中M6C碳化物中Si和Cr的总浓度保持稳定。Mo从M6C碳化物向外扩散导致在焊接和高温热处理过程中焊接接头各区碳化物晶格参数的降低。基于第一性原理计算的结果,这是由于原子半径较小的Si、Ni、Cr原子代替原子半径较大的Mo原子导致M6C碳化物晶格参数的降低。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 121 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/31255]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2011-2017年 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王晚霞. Hastelloy N合金焊后热处理碳化物转变机理研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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