合金化填充材料对MGH956合金钨极氩弧焊接头组织和性能研究

摘要

MGH956合金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，合金中均匀分布着高热稳定性和化学稳定性的纳米Y2O3颗粒对基体进行强化，具有高温力学性能好，高温抗氧化和抗腐蚀性能好等综合优势，因此被广泛应用在航空、航天及核能领域。由于ODS合金制造工艺的特殊性，使得这类合金的焊接研究大多集中在摩擦焊和搅拌摩擦焊，对于电弧焊的研究相对较少。然而，电弧焊具有适用性强，操作简单，经济等诸多优点，因此研究ODS合金的电弧焊有一定的研究价值，对扩大ODS合金的应用有一定的意义。
　　 本文以MGH956合金为研究对象，通过填加基体材料和另外两种填充材料（1号和2号）对其进行钨极氩弧焊接。借助光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪以及透射电子显微镜等分析手段，研究了填加不同填充材料对焊接接头组织和性能的影响。另外，在填充材料中填加不同含量的La2O3，分析了不同含量La2O3对接头组织和性能的影响。
　　 填加基体材料焊接后发现，焊缝组织发生明显粗化，组织为粗大的铁素体，焊缝中有一些孔洞缺陷，焊缝中起到弥散强化作用的纳米Y2O3颗粒发生了粗化和团聚，生成了粗大的Al-Y复合氧化物，这些粗大的氧化物对接头的弥散强化作用减弱。而且，这些氧化物常常出现在焊缝的孔洞处，严重降低了接头的力学性能。接头的最大抗拉强度为410MPa，仅为母材强度的57％，断口表现为脆性穿晶解理断裂，接头硬度低于母材，出现软化现象。填加另外两种填充材料焊接后发现，焊缝晶粒得到一定程度的细化，孔洞减少，焊缝中粗大的Al-Y复合氧化物有所减少，而且焊缝中还生成TiC等增强颗粒，颗粒尺寸为微米级或亚微米级，并呈弥散分布，有利于改善接头的力学性能。接头的最大抗拉强度为607MPa，达到母材强度的84.3％，拉伸断口仍表现为脆性断裂，但接头硬度高于母材，出现硬化现象。
　　 焊缝中加入La2O3后，焊缝组织得到了不同程度的细化，当加入2％La2O3时，焊缝组织最细小均匀，颗粒相生成较多，呈细小近球状且弥散分布，有效提高了焊缝的力学性能，但当La2O3加入量达到4％时，发现颗粒相有团聚现象。随着La2O3含量的增加，接头抗拉强度先升高后降低，加入2％La2O3时接头抗拉强度最高，为628MPa，达到母材强度的87.2％，拉伸断口河流状花样特征不明显，有大片韧窝出现，断口由脆性解理断裂变为韧-脆混合断裂，加入La2O3后焊缝硬度有所提高。对接头进行TEM分析后得出填加2％La2O3焊缝的强化是由晶粒细化和Orowan强化共同作用引起。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 ODS合金制造工艺

1．3 ODS合金分类

1．3．1 铁基ODS高温合金

1．3．2 镍基ODS高温合金

1．3．3 其他ODS高温合金

1．4 ODS合金强化机理

1．5 ODS高温合金的特点及焊接研究现状

1．5．1 钨极氩弧焊接

1．5．2 高能束焊接

1．5．3 钎焊

1．5．4 过渡液相连接

1．5．5 搅拌摩擦焊

1．5．6 摩擦焊

1．6 稀土氧化物在焊接中的应用

1．7 本文主要研究工作

第二章 试验系统及试验方法

2．1 试验研究过程

2．2 试验材料和设备

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验设备

2．3 试验方案

2．4 焊缝组织结构分析

2．4．1 金相显微观察

2．4．2 Χ射线衍射分析

2．4．3 SEM组织观察

2．4．4 TEM组织观察

2．5 性能测试

2．5．1 硬度测试

2．5．2 抗拉强度测试

第三章 填加填充材料钨极氩弧焊接MGH956合金

3．1 引言

3．2 填加基体材料钨极氩弧焊接MGH956合金

3．2．1 焊缝组织观察与分析

3．2．2 接头强度分析

3．2．3 接头硬度分析

3．3 填加1号填充材料钨极氲弧焊接MGH956合金

3．3．1 焊缝组织观察与分析

3．3．2 接头强度分析

3．3．3 接头硬度分析

3．4 填加2号填充材料钨极氩弧焊接MGH956合金

3．4．1 焊缝组织观察与分析

3．4．2 焊接接头强度分析

3．4．3 焊接接头硬度分析

3．5 本章小结

第四章 氧化镧在钨极氩弧合金化焊接MGH956合金中的作用

4．1 引言

4．2 焊接接头分析

4．3 焊缝组织观察与分析

4．4 焊缝结晶讨论

4．5 接头强度分析

4．6 接头微观强化机理分析

4．7 接头硬度分析

4．8 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

在读学位期间发表的论文