激光温喷丸强化IN718镍基合金的表面残余压应力及热腐蚀性能研究

摘要

激光温喷丸技术(WLP)因其结合了激光喷丸(LP)、动态应变时效(DSA)和动态析出(DP)的综合优势，已成为改善材料的高温机械性能的一种有效手段。本文以IN718镍基合金为对象，开展激光温喷丸强化的机理及实验研究，并进行相关性能的测试和表征，探讨激光温喷丸强化表面的热腐蚀行为。主要工作有以下几点:
　　 介绍了激光温喷丸技术的原理和特点，以位错运动为基础，探讨了基于动态应变时效的激光温喷丸的流变应力模型;基于热腐蚀的基本理论，从应力强化和组织强化两方面研究了激光温喷丸改善材料热腐蚀行为的机理。
　　 开展了IN718镍基合金在不同温度条件下的激光喷丸实验，采用加热电阻炉对喷丸强化试样进行不同温度和不同时间的高温保持实验，测试了常温和高温条件下材料表面的残余应力、FWHM值和显微硬度。分析了表面残余应力、FWHM值和显微硬度在不同高温条件下的变化，探讨了激光喷丸温度对改善材料高温表面性能的影响。表明在220℃-260℃温度范围内激光温喷丸IN718合金后的表面性能在高温下有更好的稳定性。进一步研究了WLP(260℃)和LP的残余应力在700℃高温下随时间的释放规律，结果满足Zener-Wert-Avrami函数，WLP的残余应力高温释放活化能比LP大。
　　 对WLP(260℃)试样及基体试样进行了700℃(75％Na2SO4+25％NaCl)混合熔盐中的热腐蚀实验，测定了试样不同腐蚀时间的失重规律，同时对腐蚀表面进行了XRD和SEM分析。分析WLP(260℃)和基体试样的热腐蚀行为。同时，对WLP试样的显微组织进行OM和SEM观察，探讨WLP改善材料耐热腐蚀性的机理。发现WLP后材料表面形成的Cr2O3氧化膜更致密，这可能是WLP表面的晶粒细化及晶界析出物有效阻止了O、S等的侵入，有效提高了材料的耐热腐蚀性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 镍基高温合金表面改性的研究现状

1．3 激光温喷丸强化技术

1．3．1 激光喷丸强化技术

1．3．2 激光喷丸强化存在的问题

1．3．3 激光温喷丸技术

1．4 本文研究的意义及主要内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究的主要内容

第二章 激光温喷丸改善高温表面性能的相关理论

2．1 激光温喷丸过程的流变应力模型

2．1．1 动态应变时效理论

2．1．2 流变应力模型

2．2 激光温喷丸改善耐热腐蚀性的机理

2．2．1 热腐蚀的理论

2．2．2 激光温喷丸提高耐热腐蚀性的机理

2．3 本章小结

第三章 激光温喷丸下的高温表面性能研究

3．1 激光温喷丸实验

3．1．1 试样的制备

3．1．2 实验仪器与装置

3．1．3 激光温喷丸实验参数设置

3．2 不同温度激光喷丸后的表面性能

3．2．1 残余应力及FWHM值

3．2．2 显微硬度

3．3 不同温度激光喷丸后的高温表面性能

3．3．1 高温保持实验

3．3．2 残余应力和FVCHM值

3．3．3 显微硬度

3．3．4 残余应力释放规律

3．4 本章小结

第四章 WLP改善IN718合金热腐蚀性能

4．1 实验仪器和方法

4．1．1 试样准备

4．1．2 实验方法和仪器

4．2 在硫酸盐中的热腐蚀行为

4．2．1 腐蚀质量

4．2．2 腐蚀表面形貌与成分分析

4．3 WLP改善耐热腐蚀性能的机理

4．3．1 WLP后的微观组织变化

4．3．2 WLP的耐热腐蚀机理

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