论文部分内容阅读
在航空燃气涡轮发动机中，涡轮部件的工作条件最苛刻，因为其要在高温、高压、高转速、高气流冲击下工作。“高推重比”航空发动机要求涡轮盘材料组织稳定，并且有良好的抗蠕变性能、抗氧化和抗热腐蚀性能。传统的涡轮盘材料选用铸造高温合金，而随着合金元素的不断增加，铸锭中容易形成缺陷，而且热加工性能变差。粉末高温合金随着粉末冶金工艺的发展应运而生，本文采用新型喷射成形技术手段取代传统氩气雾化，制成细晶LSHR合金经亚固溶热处理后，研究该合金在700℃以上的蠕变、氧化和热腐蚀行为，以推动其实际应用。主要的研究成果如下: 喷射成形LSHR合金在704℃温度下和690-897MPa应力区间，随着应力的增加，蠕变寿命和延伸率显著降低。合金的应力指数不是恒定不变的，在低应力区间(690-750MPa)应力指数为8，断裂方式以沿晶断裂为主，而在高应力区间(776-862MPa)应力指数为13.5，断口能观察到很多穿晶“小平面”和“小台阶”，在小平面上还能观察到平行的滑移痕迹。与其他涡轮盘用粉末高温合金相比，喷射成形LSHR合金在低应力下抗蠕变性能非常优异。在低应力区间时晶界滑移不可忽视，晶界周围应力集中，逐渐形成微孔，由于微孔聚集长大，最终在晶界处产生很多裂纹，直至发生沿晶断裂。在高应力区间变形速率较大，晶粒内滑移带处应变集中，易产生裂纹并最终穿晶断裂。 喷射成形LSHR合金在700-900℃范围内均具有完全抗氧化性，其抗氧化性能在国产涡轮盘合金中表现优异。喷射成形LSHR合金的氧化增重随着氧化时间的延长，氧化增重明显增加，但氧化速率却与之相反，并且氧化增重随着氧化温度的提高也明显增加。喷射成形LSHR合金的氧化动力学和氧化膜厚度增长均符合抛物线规律，主要受扩散机制控制，即受O2从外部向合金内部扩散和Cr、Ti、Al等离子向外扩散共同控制。氧化膜主要分为两层，外氧化膜主要由Cr2O3、TiO2和NiCr2O4组成，而内氧化层主要由Al2O3组成。 喷射成形LSHR合金在700℃，75％Na2SO4+25％NaCl混合盐热腐蚀100小时，试样失重为12.82mg/cm2。在腐蚀反应初期，腐蚀速率很快，尤其前10小时，然后在10至50小时腐蚀速率逐渐减小，在实验后50小时，腐蚀速率最低。喷射成形LSHR合金热腐蚀除NiO、Cr2O3、NiCr2O4等氧化物以外，还有Ni3S2、Ni3S4等硫化物存在。热腐蚀过程中增重遵循抛物线规律，热腐蚀过程受扩散机制控制，喷射成形LSHR合金的热腐蚀机制是氧化-硫化反应反复进行。