【摘 要】
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ODS合金MGH956是采用机械合金化方法制造的氧化物弥散强化(OxideDispersionStrengthened,ODS)高温合金,该合金采用超细超稳定的氧化物颗粒(Y2O3)对基体进行强化。具有高温力学
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ODS合金MGH956是采用机械合金化方法制造的氧化物弥散强化(OxideDispersionStrengthened,ODS)高温合金,该合金采用超细超稳定的氧化物颗粒(Y2O3)对基体进行强化。具有高温力学性能好、高温抗氧化和高温抗腐蚀性能好的综合优势,在航空、航天、核能等领域有广泛的应用前景。
由于ODS合金特殊的制造工艺,用熔化焊对其进行焊接时,会产生气孔、氧化物颗粒烧损和接头性能下降等问题。本文在焊接条件一致的情况下,通过向焊接熔池中填加不同配比的填充材料,对ODS合金进行TIG原位合金化焊接。通过对焊接熔池中冶金行为的研究,分析了ODS合金TIG原位合金化焊接的冶金机理以及不同合金元素对焊缝组织和性能的影响,在此基础上提出ODS合金MGH956的TIG原位合金化焊接新技术,并最终获得了适用于ODS合金MGH956熔化焊的新型填充材料。
通过对C-Ti组填充材料的焊缝组织研究表明,在TIG原位合金化焊接过程中,C能够降低N的分压,减少N在铁中的溶解度,从而减少N气孔产生的几率。TiC强化相可以由石墨粉和Ti粉直接原位反应生成,在高熔点的ODS合金中,TiC的生长较为复杂,呈现出长条状、颗粒状和短棒状等多种分布形态。原位反应过程生成的TiC增强相,不仅具有强韧性界面结合特征,同时TiC增强相细小且弥散分布,可有效提高焊缝的力学性能,增加抗塑性变形能力以及裂纹萌生扩展阻力。填充材料中Ti、C的质量分数为1%且摩尔比为1∶1.3时,所得焊缝组织中晶粒细小、均匀,晶界明显且干净,无明显气孔生成,焊接接头平均抗拉强度为624MPa,达到母材的87%。
稀土氧化物具有细化焊缝组织,改善夹杂物的形状、大小和分布,降低焊缝中的氧、氮含量的作用。通过对Y2O3组填充材料的焊缝组织研究表明,将稀土氧化物Y2O3填加到焊接熔池中,可以将稀土元素Y过渡到焊缝中去。在熔池中发生原位合金化反应生成新的纳米级和亚微米级的SiO2、TiO2、Al2O3、YAlO3和TiN等颗粒增强相。这些颗粒可以作为异质形核质点,从而抑制了焊缝组织中新生颗粒增强相的群聚,并避免了合金母材中的增强颗粒在焊接过程中的粗化聚集,实现了晶粒的细化,提高了焊缝金属的性能。另外,由于TiN的生成以及稀土的脱N作用,焊缝组织中的气孔数量明显减少,尺寸明显减小。熔池中填加含4wt.%Y2O3的填充材料时,焊缝基体中气孔较少,无明显的金属氧化物聚集,焊缝显微组织为细晶铁素体,焊缝晶粒细小、均匀,焊接接头平均抗拉强度为653MPa,达到母材的91%。
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