论文部分内容阅读
对工程金属材料进行局部改性能够在基体材料不变的前提下,显著改善局部性能,具有可观的经济效益和广阔的应用背景。本文采用搅拌摩擦处理技术,实现了Waspaloy和Mar-M247镍基高温合金的组织改性。在搅拌摩擦处理工艺特性研究的基础上,分析了搅拌区域显微组织结构、搅拌摩擦过程材料流动和再结晶行为。利用搅拌摩擦处理作为激光重熔前处理,研究了搅拌摩擦组织对焊接液化裂纹的影响。通过系统工艺实验,获得了Waspaloy合金搅拌摩擦处理的优化工艺窗口,研究了工艺参数对搅拌区域深度和缺陷分布的影响,并探索了Mar-M247合金的搅拌摩擦处理工艺。研究发现,热等静压Si3N4陶瓷搅拌头在镍基高温合金搅拌摩擦过程中会发生磨损、破碎和分解。通过OM、SEM、EBSD和TEM确定了搅拌区显微组织结构,分析了搅拌摩擦过程高应变率、高应变、短时高温条件下组织演变行为。研究发现,冷却条件对搅拌摩擦处理组织演变具有较大影响。在空气、冷却水和液氮三种冷却条件下,Waspaloy搅拌区组织以随机取向的等轴晶为主,晶粒尺寸分别为1-2μm、200-700 nm和150-700 nm。需要指出的是,Waspaloy搅拌区组织在不同冷却条件下的演变机制均表现为连续动态再结晶和不连续动态再结晶并存。Mar-M247搅拌区为300-800 nm等轴晶基体+细小碳化物构成,铸态碳化物枝晶在搅拌过程中发生机械离散,形成微米级至亚微米级多尺度碳化物颗粒散布于基体中,并首次发现破碎碳化物颗粒与基体形成冶金结合界面。γ?相颗粒完全溶解于基体中,急速冷却抑制了其再次析出。在Mar-M247中只观察到连续动态再结晶。对比了Waspaloy和Mar-M247合金搅拌摩擦处理前后激光重熔热影响区液化裂纹情况。经搅拌摩擦处理后,Wasploy热影响区裂纹完全消除,Mar-M247热影响区裂纹数量明显减少。搅拌区基体晶粒显著细化,晶界面积大大增加,晶界中的液相含量减小,液化膜厚度减小;搅拌作用使大块碳化物离散,分散到基体中,避免液相在局部集中形成液化膜;γ?相完全溶解避免了γ?引起的组分液化。通过搅拌摩擦处理细化及均匀化组织,成功抑制镍基高温合金焊接液化裂纹。