GH2036合金激光冲击晶粒细化及耐腐蚀性能优化研究

摘要

高温铁基合金是生产航空涡轮喷气发动机涡轮盘和紧固件的重要材料，在长时间的中高温环境下服役后，会出现性能的衰退，甚至造成安全事故，因此有必要对合金的力学性能和耐腐蚀性能进行强化。激光冲击强化作为一项全新的表面强化技术，利用冲击过程中产生的高应变率动态冲击波作用于材料表面，引起剧烈塑性变形，从而大幅提升合金的综合力学性能，延长其使用寿命。本文以GH2036合金为研究对象，通过宏观力学和微观结构两方面实验，验证了激光冲击对GH2036合金综合力学性能和耐腐蚀性强化的可行性，并总结出强化机理。论文的主要工作和研究结论如下：
　　(1)理论上分析了激光冲击波作用于材料表面，引起塑性变形的响应过程。获得了激光冲击作用下合金微观结构的变化规律及作用机理，通过理论分析和计算，优化了激光冲击GH2036合金的实验参数。
　　(2)研究了激光冲击作用下GH2036合金的表面形貌、粗糙度、显微硬度和残余应力的变化。总结并论述了激光冲击GH2036合金力学性能强化的作用机理是析出相强化、位错强化以及细晶强化的综合作用，其中析出相和位错共同作用促成了位错强化。建立了激光冲击GH2036合金的晶粒细化模型：激光冲击过程中，散乱分布的位错因塑性变形而大量增殖，同时相互作用形成位错缠结、位错胞等多种位错结构；位错结构进一步演变，形成取向随机的亚晶界；随着系统内能量的稳定，晶粒细化完成。
　　(3)探究了GH2036合金在热腐蚀和电化学腐蚀中抗腐蚀能力的变化规律，从宏观和微观角度证明了激光冲击对GH2036合金耐腐蚀性能的提升作用，建立了氧化膜剥落和腐蚀凹坑的形成模型，并从理论上总结出强化原因。研究结果表明：残余压应力的增加和耐热耐腐蚀析出相的增殖是激光强化耐腐蚀性能的重要原因。残余压应力抑制了腐蚀产物的剥落和裂纹的产生，防止腐蚀的进一步加剧；激光冲击作用后析出相数目的增多和微观结构的变化使得合金表层结构更为稳定，提升了腐蚀启动的阀值，增加了耐腐蚀性能。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 铁基合金的分类及性能

1.3 金属腐蚀研究的意义及重要性

1.4激光强化技术简介

1.5 国内外激光冲击强化技术的研究现状

1.6 选题意义和研究内容

第二章 激光冲击强化实验及性能检测方案设计

2.1 激光冲击强化实验

2.2 热处理实验

2.3 腐蚀实验

2.4 表面形貌及力学性能测试实验

2.5 微观组织的观测

2.6 本章小结

第三章 GH2036合金激光冲击晶粒细化与位错强化机理研究

3.1 前言

3.2 表面形貌及粗糙度的变化

3.3显微硬度变化与分析

3.4 残余应力分布与分析

3.5微观组织的变化与分析

3.6 激光冲击作用下GH2036铁基合金的晶粒细化模型

3.7本章小结

第四章 激光冲击GH2036铁基合金腐蚀性能的研究

4.1热腐蚀实验

4.2 电化学腐蚀实验

4.3 耐腐蚀性能强化的机理分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文与科研情况