Ni-Cr-Co基合金高温抗氧化性能研究

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随着航空发动机推重比和涡轮前入口温度的不断提高,对高温合金材料的承温能力提出了更高的要求,而提高高温合金的抗氧化性能正是解决此问题的关键因素之一。基于以上原因,本课题以Ni-Cr-Co基合金(718Plus合金)为研究对象,借助于DTA、SEM、TEM、拉曼光谱等分析手段系统的研究了固溶处理温度、时间和时效处理时间对时效过程中析出的η相的体积分数和平均尺寸的影响以及η相的存在对于合金抗氧化性能的影响,建立了η相与合金抗氧化性能之间的联系,并通过分子动力学模拟对合金的抗氧化机理进行了初步分析,本课题的主要研究内容如下:(1)采用JMatPro软件进行模拟计算与差热分析相结合的方式确定了718Plus合金η相的析出温度,通过调整固溶处理温度、时间以及时效时间,调控了η相的体积分数和平均尺寸,实验结果表明,固溶温度的升高和固溶时间的增加均会对后续时效过程中η相的析出产生一定的抑制作用,固溶温度越高以及固溶时间越长,时效过程中析出的η相体积分数和平均尺寸越小;另外,时效时间的延长对η相的析出具有一定的促进作用,但是固溶处理过程会影响后续时效过程中η相的析出,即在固溶温度较高或固溶时间较长的前提下,即使延长时效时间,η相的体积分数和平均尺寸也没有较为明显的增长。(2)通过对不同η相体积分数的718Plus合金进行短期和长期的循环氧化,探究了η相对合金抗氧化性能的影响。实验结果表明无论短期或长期循环氧化,η相体积分数小的合金均表现出了更加优异的高温抗氧化性能。为了能够进一步分析氧化初期氧化物的生长情况,利用分子动力学模拟软件初步分析了氧原子在金属镍和金属铬中的扩散,模拟结果证实氧原子在金属铬中具有更大的扩散系数,结合拉曼光谱结果可得到在氧化的初始阶段先生成Cr2O3,然后生成Ni O。为了澄清η相影响合金抗氧化性能的机理,观察到η相周围容易形成位错塞积,利用分子动力学模拟证实了位错对于氧原子的扩散具有促进作用,并间接证实了η相周围是合金的初始氧化位置。
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