焊接热作用对镍基单晶凝固组织及缺陷的影响

摘要

镍基单晶高温合金具有优良的高温力学性能,是航空发动机涡轮叶片的主要材料,在服役过程中由于磨损、腐蚀等原因而损伤的叶片常采用焊接工艺进行修复,以降低维护成本。本文采用电子束和TIG热源对DD407镍基单晶高温合金进行焊接。研究了不同焊接热源及工艺参数对熔凝区形貌的影响,通过金相组织观察和能谱测试,详细分析了不同焊接热作用下熔凝区金属的凝固组织结构特征,并对凝固组织中的两种缺陷:杂晶和裂纹的分布特征、影响因素和形成原因作了深入的探讨。
　　研究结果表明:DD407镍基单晶高温合金在焊接热作用下,由于择优生长和热流的共同作用,熔凝区中形成了几个不同生长方向的区域。在 TIG热作用下,当电流衰减时间为0时,熔凝区中不存在平界面凝固组织,随电流衰减时间增大到2秒及以上时,凝固组织中出现了明显的平界面生长区,且熔凝区被晶化。增加电流衰减时间,不利于保持熔凝区的单晶完整性。
　　DD407镍基单晶高温合金在焊接热作用下,熔凝区凝固组织中杂晶的形成是由凝固界面前沿的成分过冷所导致的。在不同晶向区域交界处的成分过冷最大,最易形成杂晶,破坏熔凝区单晶体的完整性。熔凝区的杂晶主要以等轴晶和柱状枝晶的形态生长。在焊接热作用下,影响熔凝区单晶完整性的因素主要是焊接热输入。采用小焊接电流、大焊接速度的工艺参数可以减少熔凝区的杂晶含量,更有利于保持熔凝区的单晶完整性。
　　通过工艺试验发现,DD407镍基单晶在焊接凝固过程中具有较高的热裂纹敏感性,主要表现为在电子束热作用下,熔凝区中会产生纵向裂纹、横向裂纹、晶间裂纹。在 TIG热作用下,熔凝区中主要会产生弧坑裂纹、晶间裂纹。且裂纹常聚集在杂晶区。在电子束热作用下,当其它工艺参数不变时,随着电子束流的增大,熔凝区凝固裂纹含量先增大后减少。在 TIG热作用下,随着电流衰减时间的增大,熔凝区凝固裂纹含量增大。

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第1章 绪论

1.1选题的依据、目的及意义

1.2 单晶高温合金的特点及发展概述

1.3镍基单晶高温合金凝固组织特征研究现状

1.4 裂纹的研究现状

1.5 杂晶的研究现状

1.6 本课题研究的主要内容

第2章 试验条件及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

第3章 焊接热作用下镍基单晶熔凝区的凝固组织特征

3.1 电子束焊工艺参数对熔凝区形貌的影响

3.2 电子束热作用下镍基单晶熔凝区微观组织结构特征

3.3 钨极氩弧点焊工艺参数对熔凝区形貌的影响

3.4 TIG热作用下镍基单晶熔凝区微观组织结构特征

3.5 本章小结

第4章 焊接热作用对熔凝区杂晶形成的影响

4.1 焊接热作用下的杂晶分布特征

4.2焊接工艺参数对杂晶形成和分布的影响

4.3 杂晶的形成原因

4.4 本章小结

第5章 焊接热作用对熔凝区裂纹形成的影响

5.1 焊接热作用下镍基单晶熔凝区裂纹分布特征

5.2工艺参数对凝固裂纹形成的影响

5.3凝固裂纹的形成原因

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

硕士学位期间发表的学术论文

致谢