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激光熔覆4169高温合金涂层的研究

作　者: 刘洪刚
导　师: 吴毅雄；李铸国
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 激光熔覆 4169高温合金涂层铌偏析冷却速度
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

4169高温合金是一种添加了Nb的沉淀强化型镍-铬-铁基合金。该合金在650℃以下具有较高的屈服强度、抗拉强度和良好的抗疲劳、抗氧化、抗辐射、耐腐蚀性能,并且具有良好的加工性能、焊接性能,可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空航天飞行器上长期使用。采用激光熔覆技术制备的4169高温合金涂层存在铌的偏析现象,铌的偏析会产生有害的Laves相,强烈影响合金的组织和性能,限制了激光熔覆在4169合金再制造过程中的应用。本文主要研究了激光功率和基板温度对4169合金涂层中铌偏析行为的影响,及铌偏析对涂层组织和力学性能的影响。显微组织观察表明,4169高温合金在激光熔覆凝固过程中呈现出典型的外延生长特性。合金涂层主要由生长方向不一的细长柱状枝晶组成,由于激光快速熔凝所具有的高梯度、高速度的凝固特征,所得组织细密、均匀。差热分析和相分析研究结果表明,4169高温合金的凝固过程分为三步:第一步,生成奥氏体相L→γ;第二步,共晶反应L→(γ+NbC);第三步,共晶反应L→(γ+Laves)。激光功率对组织影响研究结果表明,在5KW的较高激光功率下制得的4169合金涂层中存在裂纹,而1.5KW的较低激光功率下制得的合金涂层中不存在裂纹;1.5KW激光功率下熔覆制得的合金涂层冷却速度大,铌的偏析程度小,涂层中的有害相Laves相少。液氮冷却基板对组织影响研究结果表明,液氮冷却基板可以增大涂层的冷却速度,基板常温时涂层冷却速度为941±122℃/s,基板液氮冷却时涂层冷却速度为3124±517℃/s;同时液氮冷却可以抑制4169合金涂层中铌的偏析,得到的涂层组织中有害相Laves相更加细小,同时使Laves相的体积含量减少。热处理研究结果表明,热处理可以显著提高4169合金涂层的硬度,同时,低功率下制备的涂层热处理后硬度更高(5KW:400HV,1.5KW:460HV),基板液氮冷却条件下制备的涂层热处理后硬度更高(基板常温:460HV,液氮冷却:482HV)。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-32
  1.1 激光熔覆技术简介  13-24
    1.1.1 激光熔覆技术的特点  13-14
    1.1.2 激光熔覆技术的材料体系  14-16
    1.1.3 激光熔覆技术的工艺方法  16-20
    1.1.4 激光熔覆涂层的性能  20-21
    1.1.5 激光熔覆技术的工业应用  21-23
    1.1.6 激光熔覆技术存在的问题  23-24
  1.2 4169 高温合金简介  24-28
    1.2.1 高温合金简介  24-26
    1.2.2 GH4169 和 K4169 高温合金  26-28
  1.3 国内外研究现状  28-30
  1.4 课题研究的意义与内容  30-31
    1.4.1 课题研究的意义  30
    1.4.2 课题研究的主要内容  30-31
  1.5 本章小结  31-32
第二章实验材料及实验方法  32-41
  2.1 实验材料  32-33
  2.2 实验方法  33-39
    2.2.1 材料的预处理  33
    2.2.2 激光熔覆处理  33-35
    2.2.3 液氮冷却基板激光熔覆  35
    2.2.4 金相试样制备及组织分析  35-36
    2.2.5 差热分析方法  36
    2.2.6 析出相体积分数统计方法  36-38
    2.2.7 熔覆涂层热处理工艺  38-39
    2.2.8 硬度测试和耐磨性测试  39
    2.2.9 拉伸测试  39
  2.3 本章小结  39-41
第三章激光熔覆 4169 高温合金涂层工艺优化  41-53
  3.1 试验设计  41-42
  3.2 试验过程  42-43
  3.3 试验结果  43-47
    3.3.1 涂层截面形貌  43-44
    3.3.2 涂层截面尺寸  44-45
    3.3.3 稀释率  45-47
  3.4 试验结果分析  47-51
    3.4.1 工艺参数对熔覆涂层质量的影响  47-48
    3.4.2 正交试验计算结果  48-51
  3.5 本章小结  51-53
第四章激光熔覆 4169 高温合金涂层组织与性能分析  53-67
  4.1 涂层成分分析  53
  4.2 沉积态涂层组织形貌与分析  53-59
    4.2.1 熔覆涂层宏观形貌  53-54
    4.2.2 光学形貌与分析  54-56
    4.2.3 扫描电镜形貌和能谱分析  56-58
    4.2.4 透镜形貌与分析  58-59
  4.3 热处理后涂层组织分析  59-61
    4.3.1 光学形貌与分析  59
    4.3.2 扫描电镜形貌和能谱分析  59-60
    4.3.3 透镜形貌与分析  60-61
  4.4 熔覆涂层相变分析  61-62
  4.5 涂层显微硬度测试与分析  62-63
  4.6 拉伸性能测试与分析  63
  4.7 涂层拉伸断口分析  63-64
  4.8 涂层耐磨性测试  64-65
  4.9 本章小结  65-67
第五章冷速对激光熔覆 4169 高温合金涂层组织影响研究  67-78
  5.1 激光功率对 4169 高温合金熔覆涂层影响研究  67-72
    5.1.1 涂层显微组织分析  67-70
    5.1.2 Laves 相的成分和含量分析  70
    5.1.3 涂层冷却速度分析  70-72
    5.1.4 涂层显微硬度分析  72
  5.2 基板液氮冷却对 4169 高温合金熔覆涂层影响研究  72-76
    5.2.1 涂层显微组织分析  73
    5.2.2 Laves 相的成分和含量分析  73-75
    5.2.3 涂层冷却速度分析  75
    5.2.4 涂层显微硬度分析  75-76
  5.3 本章小结  76-78
第六章结论  78-80
参考文献  80-85
致谢  85-86
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  86

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