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题名	镍基高温合金K445的高温氧化、热腐蚀和热疲劳行为
作者	李友林
学位类别	硕士
答辩日期	2006-06-16
授予单位	中国科学院金属研究所
授予地点	金属研究所
导师	袁超
关键词	镍基高温合金 氧化动力学 热腐蚀 氧化膜 热疲劳 碳化物
学位专业	材料学
中文摘要	铸造镍基高温合金K445是先进重型燃气轮机三、四级涡轮工作叶片所用材料，设计使用温度为850℃。本论文主要研究K445合金在不同温度下的高温氧化、热腐蚀以及不同热循环条件下的热疲劳行为，并与K438合金进行性能比较。运用SEM、XRD等材料研究方法分析了合金腐蚀产物的组成及腐蚀层的表面和截面形貌，探讨K445合金氧化、热腐蚀机理,并对热疲劳裂纹的萌生、扩展以及断裂机制也进行了探讨，结果表明： 在750-1100℃温度范围内，K445合金的抗氧化性能优于K438合金，Ta和Ti协调作用对抗氧化能力有利，而K438合金中大量碳化物快速氧化，在氧化膜内产生微裂纹，降低了氧化膜的保护性；K445合金的抗热腐蚀性能优于K438合金，尽管K445合金的质量损失大于K438合金，但腐蚀层厚度小于K438合金，内硫化现象不如K438合金严重；K445合金的热疲劳性能与K438合金处于相同水平。 K445合金在750℃时氧化动力学遵循对数规律，离子的迁移主要靠氧化层内形成的电场提供电位差；800℃时遵循立方规律，Cr3+向外扩散形成的空穴抑制氧化过程的进行；850-950℃温度范围内遵循抛物线规律，Cr3+在Cr2O3层中的扩散为主要反应控制步骤；温度升高到1000℃以上，氧化物剥落严重，Cr2O3以CrO3气态形式挥发。 800℃时，氧化膜生长不均匀，部分区域凸起。最外层有起伏但各处厚度相近，主要为Cr2O3+TiO2+CrTaO4；中间层为Cr2O3以及少量的NiCr2O4，外凸部分较厚；内层为Al2O3内氧化物，外凸部分内氧化较严重。900℃时，氧化膜厚度基本一致，氧化膜组成从外到内分别为Cr2O3+TiO2＋NiCr2O4，Cr2O3＋NiCr2O4，TiO2+CrTaO4，Al2O3内氧化层以及少量的TiN。随着温度的升高，Al2O3的含量不断增大，在1000℃时有少量AlTaO4氧化物生成。1100℃下氧化25小时后， NiCr2O4、CrTaO4、Al2O3及少量的AlTaO4是剥落的氧化物的主要组成；在原试样上，除了上述四种氧化产物外还有(Ni, Co)O和 Ni(Cr, Al)2O4等氧化物。 K445合金的熔盐腐蚀行为是碱性熔解－硫化－氯化的交叉反复进行的过程，可分为孕育期和加速腐蚀期，在加速过程的后期，腐蚀速率减小。K445合金在850℃，90%Na2SO4+10%NaCl熔盐中热腐蚀10小时后的腐蚀层组成为：外层为NiCr2O4氧化层，中间层为Cr、Ni、Co的硫化物，内腐蚀层是Cr的硫化物；在75%Na2SO4+25%NaCl熔盐中，外层主要为Cr、Ni、Co 的硫化物，内层为Cr的硫化物。 K445合金中热疲劳主裂纹主要从V形缺口处萌生，沿晶界扩展，二次裂纹则穿晶扩展。随着最高循环温度的升高，热疲劳裂纹长度变长，裂纹扩展速度增大。在循环初期，热疲劳裂纹扩展速度较快，随后速度降低近似恒速扩展。当最高循环温度为800℃时，碳化物的组成和分布起主要作用，块状和条状(Ti, Ta)C碳化物的开裂处及其与基体的界面处是裂纹优先扩展通道；当最高循环温度为900℃时，沿晶界的高温氧化起重要作用，应力辅助作用下的晶界氧脆是裂纹尖端的主要失效机制。
语种	中文
公开日期	2012-04-10
页码	66
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16971]
专题	金属研究所_中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	李友林. 镍基高温合金K445的高温氧化、热腐蚀和热疲劳行为[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006.

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