扭转过程中镍基合金渗铝层微裂纹形成及应力分布

摘要

镍基合金渗铝可显著提高其抗高温氧化性能。渗铝镍基合金在服役过程中将会受到应力作用，导致渗层产生微裂纹。本文采用热扩散方法，在K403合金表面制备渗铝层，研究在扭转应力作用下，K403合金渗铝层微裂纹的形成和扩展。 本文利用JMatPro软件计算得到25℃下K403合金基体应力与应变速率(在0.001-1000s-1)之间的关系、渗铝层铝含量分别为：20wt.%、25wt.%、30wt.%的K403合金的应力与应变速率(在0.001-1000s-1)之间的关系和在常温下的杨氏模量、泊松比、密度、硬度等物理性能。通过JMatPro软件计算所得到的材料数据和 Auto-CAD绘出的渗铝层厚度分别为：20μm、25μm、30μm的三维实体，分别导入DEFORM有限元软件中进行扭转模拟。 有限元模拟分析结果表明：在模拟扭转过程中，随着扭转角度的增大，试样表面等效应力增加，等效应力最大值首先出现在试样表面中间区域，中间区域易形成微裂纹。同一扭转角中，渗铝层铝含量为25wt.%、厚度为30μm的试样中间区域等效应力分布云范围和等效应力最大值最小，产生微裂纹的可能性最小。 实验采用热扩散渗铝工艺在K403合金上制备渗铝层。研究不同渗铝工艺(渗铝温度为：800℃，保温时间：1~4小时)对渗铝层表面形貌、组织、相结构及厚度的影响。将渗铝后的试样进行扩散退火(退火温度为：980℃，保温时间分别为:3、5、7小时)。退火后的试样进行扭转实验(扭转角分别为：1°、3°、5°、7°、9°、11°)，以着色法检测扭转后的试样表面微裂纹。采用金相显微镜、XRD、SEM(EDS)等方法，对渗铝试样进行表征及观察扭转后的试样表面微裂纹，探讨了不同扭转角和渗铝层不同铝含量、不同厚度与试样表面微裂纹的关系。 渗铝的 K403合金扭转实验分析结果表明:扭转角为1°，渗铝层均无微裂纹扩展。扭转角为3°，部分K403合金渗铝层产生微裂纹扩展。扭转角大于3°时，渗铝层均产生微裂纹扩展。随着扭转角的增大，微裂纹程度升高。在同一扭转角中，渗铝层铝含量为25wt.%，厚度为30μm的试样微裂纹数量最少，微裂纹最短。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 固体粉末包埋渗铝简介

1.3 国内外渗层微裂纹研究现状

1.4 DEFORM软件

1.5 JMatPro软件

1.6 本文的研究内容及意义

第2章 实验材料及实验方法

2.1 扭转模拟参数的确定

2.2 实验材料

2.3 实验方法

第3章 渗铝K403合金扭转过程模拟

3.1 几何模型的建立

3.2 材料模型建立

3.3 扭转模拟步骤

3.4 模拟结果

3.5 分析讨论

3.6 本章小结

第4章 渗铝工艺研究

4.1 实验结果

4.2 分析讨论

4.3 本章小结

第5章 渗铝层不同厚度、不同铝含量与微裂纹的关系

5.1 渗铝层不同厚度、不同铝含量与微裂纹的关系

5.2 扭转角与微裂纹的关系

5.3 分析讨论

5.4 本章小结

第6章 总结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢

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