| 题名 | 激光冲击诱导镍基高温合金组织演变及其耐热腐蚀研究 |
| 作者 | 胡宪亮 |
| 答辩日期 | 2021-05-21 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 乔红超 |
| 关键词 | 激光冲击强化 镍基高温合金 塑性变形 表面完整性 耐热腐蚀性 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 其他题名 | Study on Microstructure Evolution and Heat-resistant Corrosion of Nickel-based Superalloy Induced by Laser Shock |
| 学位专业 | 机械制造及其自动化 |
| 英文摘要 | 航空航天发动机及燃气轮机等热端部件材料大多为镍基高温合金，然而随着对航空发动机高推力比及可靠性的要求逐渐变高，为保证关键部件服役寿命的提升，对镍基高温合金部件的服役时的综合性能也提出了更严苛的要求。并且服役过程中镍基高温合金叶片会受到燃料燃烧时形成的Na2SO4和海洋气氛中的NaCl等介质的复合作用，并会在金属表面形成高温腐蚀环境，这会使得合金材料加速腐蚀，降低叶片的疲劳性能。为解决上述镍基高温合金服役时的疲劳和耐热腐蚀问题，本文使用先进的激光冲击强化技术对镍基高温合金材料进行数值模拟和表面强化处理方面的研究。先后进行了镍基高温合金IN718的激光冲击强化处理数值模拟、不同脉冲激光能量对镍基单晶高温合金SRR99表面形貌演变的实验研究、激光冲击波对镍基单晶高温合金耐热腐蚀性能影响的实验研究。取得了以下主要研究结果：随着单脉冲激光能量的增加，经激光冲击强化处理后的IN718合金的表面最大塑性变形量增大，且光斑所对应的凹坑半径也随激光脉冲能量的增加而增加；表面残余压应力最大值增加，且残余压应力影响区域也在增大。单点激光冲击能够使单晶合金表面发生剧烈塑性变形形成圆形凹坑，且随着脉冲激光能量增加到7J，圆形凹坑的直径和最大相对高度最大分别可达到2.41 mm和5.56 μm，凹坑底部轮廓从弧形逐渐转变为平滑状态；合金表面也会产生较高的硬度和有益的残余压应力；圆形凹坑底部存在凸起状结构和少量的弹坑状缺陷结构；表面粗糙度会随着脉冲能量的增加而一直升高，且升高趋势平缓；冲击后合金表面的γ＇相发生一定的扭曲变形且导致γ通道变窄，原有的基体相和强化相的强化方式特征并没有被破坏，其仍然保持原有的蠕变强度和热疲劳性能。不同次数下激光冲击后单晶高温合金表面发生严重塑性变形，产生一定深度的加工硬化层，随着激光冲击次数的增加，合金的硬化层深度、表面粗糙度和显微硬度均增大且增大趋势逐渐变缓。当激光冲击次数从0次增加到1次、2次和3次后，合金腐蚀时的最大单位面积增重量分别从2.87 mg∙cm-2降低为2.17 mg∙cm-2、1.81 mg∙cm-2和1.10 mg∙cm-2，腐蚀层深度从最初远大于67 μm降低为65 μm、41 μm和27 μm，这表明多次激光冲击强化可以有效提高单晶高温合金的抗热腐蚀性能。激光冲击后单晶高温合金经过短时热腐蚀后表面保护性氧化膜CrO的衍射峰强度增强，腐蚀坑深度、面积及数量明显减小，大面积剥落层减少。随着激光冲击次数的增加，腐蚀后合金表面大型腐蚀坑消失且无明显剥落层，保护性氧化膜致密性得到巨大提高，截面组织形貌表明氧化层及整个腐蚀区深度显著减小。这是由于合金截面显微组织发生严重塑性变形，生成的错综复杂的晶界可以阻碍腐蚀元素的侵入，最终极大减弱了热腐蚀程度。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 77页 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/28956]  |
| 专题 | 工艺装备与智能机器人研究室 |
| 作者单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 胡宪亮. 激光冲击诱导镍基高温合金组织演变及其耐热腐蚀研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2021. |
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