【摘 要】
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GH3535合金是我国自主研发的一种镍基高温合金材料,也是非常重要的钍基熔盐堆候选结构材料。钍基熔盐堆虽然在常压下工作,但熔盐堆的一些关键构件如压力容器、熔盐泵、回路管道等仍处在一定动载荷的工况下并随时具有疲劳失效的风险。因此,为了解决该合金抗疲劳性能不足的问题,以确保熔盐堆长期、安全地运行,本文采用表面喷丸的强化方法来提高GH3535合金表面性能和抗疲劳性能。本文研究了喷丸压力和喷丸强度等参数对
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GH3535合金是我国自主研发的一种镍基高温合金材料,也是非常重要的钍基熔盐堆候选结构材料。钍基熔盐堆虽然在常压下工作,但熔盐堆的一些关键构件如压力容器、熔盐泵、回路管道等仍处在一定动载荷的工况下并随时具有疲劳失效的风险。因此,为了解决该合金抗疲劳性能不足的问题,以确保熔盐堆长期、安全地运行,本文采用表面喷丸的强化方法来提高GH3535合金表面性能和抗疲劳性能。本文研究了喷丸压力和喷丸强度等参数对GH3535合金表面状态及疲劳性能的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）、3D光学轮廓仪观察和分析了喷丸前后试样的表面形貌、轮廓以及表面粗糙度的变化情况,利用维氏硬度计和X射线应力分析仪表征分析了GH3535合金表层显微硬度和残余应力的变化,探讨了喷丸对GH3535合金表面状态变化的影响规律。对喷丸前后的试样进行了疲劳实验和疲劳断口分析,研究了喷丸对GH3535合金疲劳性能的强化机理。研究发现,GH3535合金经喷丸后,表层组织通过位错滑移机制产生了不同程度的塑性变形,使表层引入了明显的硬化层和残余压应力层表层,同时表层晶粒由粗晶转变为细晶。经不同喷丸压力的喷丸后,表层形成的细化层厚度为110μm～175μm、硬化梯度层厚度为150μm～240μm、残余压应力层的厚度为160μm～200μm。表层硬度和残余压应力均随着喷丸压力的增加而提高。表层引入的强化层显著提高了合金疲劳寿命,喷丸压力分别为0.3MPa、0.45MPa、0.6MPa时,喷丸试样疲劳寿命比未喷丸试样分别提高了85.2%、148.1%、471.1%。GH3535合金经不同喷丸强度的单次喷丸形成了厚度为150μm～200μm的残余压应力层和厚度为200μm～250μm的硬化层。在0.1mm A～0.3mm A喷丸强度范围内,疲劳寿命随着喷丸强度的增加先增大后减小。喷丸强度为0.2mm A时,疲劳寿命达到了单次喷丸效果的最大值,比未喷试样的疲劳寿命提高了102.7%。为了进一步提高材料的疲劳寿命,采用喷丸强度0.2mm A+0.1mm A复合喷丸工艺,其残余压应力和硬化层厚度与单次喷丸相当,但疲劳寿命比原始试样提高了132.78%,较单次喷丸寿命更长。原因在于复合喷丸不仅改善了表面质量,还引入了更高的表层硬度和残余压应力。总之,GH3535合金经不同喷丸压力和不同喷丸强度的喷丸处理后,表面状态和疲劳寿命均有了不同程度的改善。喷丸后合金表层引入了明显的强化层,表层组织得到强化,表层的疲劳抗力显著提升,最终抑制了裂纹在表面的萌生以及裂纹在强化层内的扩展,提升了GH3535合金疲劳寿命。
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