GH3625合金时效组织演变及其对蠕变持久性能的影响

摘要

我国正在率先自主研发建造全球首台高温气冷堆核电站示范工程 HTR-PM，其控制棒驱动机构材料为含铌固溶强化型GH3625镍基高温合金(以下简称625合金)， HTR在550℃-920℃工况下服役40年，合金材料经历高温长期时效作用，客观上存在微观组织退化导致蠕变性能不稳定的瓶颈问题。本文运用微观组织分析和蠕变试验研究手段，系统地研究了 625 合金在长期服役条件下的沉淀相析出演变规律，着重探究析出相类型、形态及其含量对高温蠕变持久性能的影响。　　利用 SEM、TEM 及 XRD等现代分析手段，研究了 625 合金在 650℃、700℃和 780℃ 三个温度下长期时效过程中析出相的析出、演变和生长特点。研究结果表明：不同温度下625合金沉淀相的析出长大过程都受扩散过程控制，650℃和700℃时效过程中γ″相的粗化过程均符合LSW理论。780℃时效条件下，随时效时间延长δ相含量增加，并得到Avrami 析出动力学方程中时间指数n和δ相的析出速率α；　　在此基础上，进一步研究了沉淀相对蠕变持久性能的影响。在相同的蠕变试验条件下，不同时效处理参数获得的组织存在显著差异而表现出不同的蠕变性能结果，其中700℃×120h时效态合金高温蠕变持久断裂性能最好。　　通过上述研究，丰富了高温合金时效析出相的析出演变研究结果及其对蠕变性能的影响，具有材料科学理论价值。也可为控制棒构件在服役温度下的尺寸精度及运行平稳性提供基础试验支撑，研究成果可以应用于HTR控制棒驱动机构构件生产，满足国家重大工程现实需求。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景

1.2 高温合金的概述

1.3 GH3625合金简介

1.3.1 625合金国内外的发展简史

1.3.2 625合金主要强化元素的作用

1.3.3 625合金中主要析出相类型

1.4 高温合金的蠕变

1.5 研究意义及内容

第2章 试验材料和研究方法

2.1 试验材料及试验思路

2.1.1 试验材料

2.1.2 试验思路

2.2 时效处理试验

2.3 高温蠕变持久断裂试验

2.4 分析测试方法

2.4.1 金相组织分析

2.4.2 扫描电镜（SEM）分析

2.4.3 透射电镜（TEM）分析

2.4.4 X射线衍射（XRD）分析

2.4.5 硬度检测

第3章 GH3625合金时效组织研究

3.1 625合金热力学与动力学计算分析

3.1.1 高温平衡相组成计算

3.1.2 析出相TTT曲计算

3.2 650℃长期时效微观组织演变

3.2.1 晶内及晶界析出相演变

3.2.2 650℃条件下γ"相的LSW粗化

3.3 700℃长期时效微观组织演变

3.3.1 晶内及晶界析出相演变

3.3.2 γ"相的形核及其向δ相的转变

3.3.3 700℃条件下γ"相的LSW粗化

3.4 780℃长期时效微观组织演变

3.4.1 δ相的析出与演变

3.4.2 δ相的析出动力学研究

3.6 不同温度下时效硬化行为

3.7 本章小结

第4章 时效处理对625合金蠕变持久性能的影响

4.1 时效处理后高温蠕变性能研究

4.1.1 650℃×300h时效

4.1.2 700℃×120h时效

4.1.3 780℃×300h时效

4.1.4 时效处理对蠕变性能影响分析讨论

4.2 时效处理后高温持久断裂性能研究

4.2.2 700℃×120h时效

4.2.3 780℃×300h时效

4.2.4时效处理对蠕变持久性能影响分析讨论

4.3 蠕变持久断裂微观机理分析

4.3.1 断口附近组织观察及裂纹萌生分析

4.3.2 断口形貌分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢