定向凝固镍基高温合金4706DS的蠕变疲劳机理研究

【摘要】大型先进压水堆AP1000作为目前世界上最先进的第三代非能动先进压水堆,将在我国和世界上其它国家获得广泛的推广。反应堆内自持核裂变反应放出能量,以热能形式被冷却介质带出,沸腾的蒸汽推动汽轮机涡轮叶片转动产生电能。我国自主研发的新一代定向凝固镍基高温合金4706DS是AP1000汽轮机涡轮叶片用最佳候选材料之一。本论文以4706DS合金为研究对象,对不同制备工艺的试样进行了蠕变疲劳试验,并对蠕变疲劳断口试样进行了详细的微观组织与微观化学分析与表征,包括金相试验、XRD试验、SEM试验、TEM/STEM试验,以此研究4706DS合金的蠕变疲劳断裂机理。通过对时效与未时效蠕变疲劳试样进行分析表明：时效热处理过程中,γ’相由不规则形状转变为球形状,并聚集长大,第二相弥散强化减小；MC型碳化物通过从基体相析出而使含量增大,M23C6型碳化物通过从基体直接析出和MC型碳化物退化两种方式而使含量增大,碳化物在时效过程中会聚集长大,从而使第二相弥散强化减小;错配度的绝对值减小,共格强化度增大。然而第二相弥散强化减小占据了主要作用,导致合金的抗蠕变疲劳断裂能力下降。通过各种时效温度的蠕变疲劳试样的微观组织与微观化学的分析与表征,表明提高时效热处理温度,γ’相的尺寸增大,弥散程度减小,第二相弥散强化减小；碳化物的含量增大,但颗粒尺寸增大,弥散程度减小,第二相弥散强化减小；错配度的绝对值减小,共格强化度增大。当保载时间为3分钟时,第二相弥散强化减小占据了主要作用,导致合金的抗蠕变疲劳断裂能力下降；当保载时间为0.6分钟和30分钟时,共格强化增大占据了主要作用,导致合金的抗蠕变疲劳断裂能力增大。通过对应力状态对蠕变疲劳行为的研究分析表明,从过渡弧R→中间位置M→断口位置B,随着试样所受应力值逐渐增大：MC型碳化物发生分解,M23C6型碳化物含量增大并聚集长大；丫’相聚集长大,导致第二相弥散强化减小;错配度的绝对值逐渐增大,共格强化减小；位错的密度增大。最终导致断口位置最先断裂。
【作者】吴生华；
【导师】王鲁闽；冉广；
【作者基本信息】厦门大学，核科学与工程，2014，硕士
【关键词】镍基高温合金；4706DS合金；蠕变疲劳；微观组织；叶片材料；

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