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  2. 蘭州理工《MSEA》:電流對(duì)一種高溫合金相演變和拉伸行為的影響
    2022-11-01 11:22:44 作者:材料科學(xué)與工程 來(lái)源:材料科學(xué)與工程 分享至:

     Inconel 718高溫合金是一種鎳鉻鐵基合金,由于具有良好的高溫力學(xué)性能、可焊性和耐腐蝕而廣泛應(yīng)用于核、航天和石化行業(yè)。Inconel 718高溫合金由多組分、多相組成,主要強(qiáng)化相為γ、γ’、γ”、δ相,主要強(qiáng)化階段為γ”相,輔助強(qiáng)化階段為γ’相。在一定的溫度范圍內(nèi),γ’相有序增強(qiáng),屈服強(qiáng)度隨溫度的升高而增大。亞穩(wěn)態(tài)γ”相熱穩(wěn)定性較差,在一定條件下可轉(zhuǎn)變?yōu)?delta;相;在650℃以上的時(shí)效和變形過(guò)程中,將加速γ”相向δ相的轉(zhuǎn)變。針狀δ相通過(guò)釘扎效應(yīng)阻礙晶界的遷移,抑制晶粒的生長(zhǎng)。目前如何控制Inconel 718合金中相的數(shù)量和分布仍是一個(gè)難題。已有多名學(xué)者研究脈沖電流對(duì)鎳基高溫合金的影響,但是關(guān)于大電流對(duì)Inconel 718微觀結(jié)構(gòu)、相演化和力學(xué)行為影響的研究較少。


    蘭州理工大學(xué)的一項(xiàng)最新研究探討了直流電流對(duì)Inconel 718微觀組織和力學(xué)行為的影響,分析了Inconel 718棒材在自然冷卻至室溫后機(jī)械強(qiáng)度的變化。相關(guān)論文以題為“Effects of electric current on δ phase evolution and tensile behavior of Inconel 718”發(fā)表在Materials Science & Engineering A。

    論文鏈接:

    https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143886


    本研究原料為直徑6.6mm Inconel 718棒材,拉伸試驗(yàn)試樣在空氣中進(jìn)行700℃×30min退火處理,而后在通電狀態(tài)下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。由于焦耳熱效應(yīng),電流分別為85、105、117和130A時(shí),通電30min,試樣最高溫度分別為740、940、968、1010℃。

    研究發(fā)現(xiàn),隨著電流的增加,δ相的面積分?jǐn)?shù)也隨之增大,說(shuō)明大電流促進(jìn)了δ相的析出,這種促進(jìn)作用部分歸因于試樣溫度升高。將130A通電30min試樣與在780℃熱處理30min試樣進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)電流處理的試樣晶粒尺寸(約3.39μm)明顯小于普通熱處理試樣的晶粒尺寸(5.52μm),且電流處理后出現(xiàn)大量孿晶,大部分晶界是大角度晶界,晶粒出現(xiàn)一定旋轉(zhuǎn),上述作用共同抑制了晶粒長(zhǎng)大。


    圖1 不同電流處理后的SEM圖


    圖2 (a)130A電流處理30min和(b)熱處理780℃×30min IPF圖和晶粒尺寸對(duì)比

     
    圖3 不同電流下的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線


    圖4 不同電流下拉伸試驗(yàn)斷口SEM圖

    圖5 晶內(nèi)和晶界處析出的δ相

    拉伸結(jié)果表明,屈服應(yīng)力先隨電流的增大而增大,達(dá)到最高值后隨電流增大而減小,電流處理后試樣表現(xiàn)出更低的延展性,電流在105A以下時(shí),第二相強(qiáng)化是主要強(qiáng)化機(jī)制,δ相數(shù)量增加導(dǎo)致強(qiáng)度提升,電流大于105A時(shí),位錯(cuò)密度下降,由于焦耳熱效應(yīng)導(dǎo)致材料出現(xiàn)一定程度軟化,減少了位錯(cuò)與δ相之間的相互作用。

    本文證實(shí)了用電流能夠調(diào)控Inconel 718合金中δ相的析出,且不引起晶粒尺寸明顯長(zhǎng)大,大電流能夠?qū)е戮ЯPD(zhuǎn),形成大量的大角度晶界,加速δ相在晶界處的形核和長(zhǎng)大,δ相對(duì)機(jī)械性能有一定影響。本文調(diào)控鎳基高溫合金的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能對(duì)未來(lái)高溫下的應(yīng)用有一定實(shí)際意義。

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