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1.9 合金的氧化机理 6
1.10 课题目的及任务 6
2. 实验内容 8
2.1 实验方案 8
2.1.1 试样制备 8
2.1.2 DZ445合金氧化实验 8
2.1.3 DZ445合金XRD测试、SEM测试 8
2.2 实验仪器 9
2.2.1 高温箱式炉 9
2.2.2 X射线衍射仪 10
2.2.3 扫描电镜 10
2.2.4 镶嵌机 11
3. 实验结果及讨论 13
3.1 氧化产物的XRD物相分析 13
3.2 DZ445合金的氧化膜的表面形貌特征 14
3.3 DZ445合金氧化膜截面分析 21
4. 结论 25
致谢 26
参考文献 27
1. 绪论
1.1 高温合金的简述与发展
高温合金以基体划分可分为铁基、钴基、镍基。高温合金是使用温度通常在600℃以上并且在一定应力的环境下长期工作的一类金属材料。因为高温合金具有良好的抗高温氧化和抗高温腐蚀的性能,因而被广泛地应用于航空、航天、航海、军事、发电机、重工业等领域[1]。其中在航空航天领域，高温合金主要被用在热端部件的制造上,例如涡轮工作叶片、导向叶片、涡轮盘、燃烧室和气压机等部件[2]。随着工业发展航天航空领域对于发动机的性能要求日益提高,对于高温合金的各项性能要求也逐渐提高。最初应用于航空发动机涡轮叶片的为铸造多晶合金,在涡轮叶片运行过程中,大多数裂纹是沿着垂直于叶片主应力方向的晶界(即横向晶界)上产生和发展的,造成叶片的使用寿命过低。为了消除横向晶界,提高合金的强度, 20 世纪 60 年代发明了定向凝固技术,制造出定向凝固柱晶高温合金,使得合金的使用寿命有了大幅度提高。
目前应用的定向凝固高温合金主要有镍基高温合金和钴基高温合金，其中镍基合金的承温能力较高，应用相对较为广泛，主要用于制造涡轮发动机的动叶片；钴基合金具有较好的抗氧化性能，被用于制造发动机的导向叶片，但是由于钴的资源较少，因此其应用受到限制。高温合金叶片的服役环境较为恶劣，材料不仅受到外力作用，同时还要承受较高的温度，因此要求叶片材料要同时具有较高的力学性能和较好的抗氧化性能。目前对合金抗氧化性能主要集中在长时和循环氧化方面，受飞机发动机的具体工况影响，合金的短时氧化行为研究也较为重要[3]。
1.2 高温合金
1.2.1 定向凝固高温合金
高温合金是航空发动机和燃气轮机中涡轮叶片和导向叶片等零件的关键结构材料，在工作过程中其温度发生周期性变化，从而产生周期性变化的热应变和热应力，导致材料的热疲劳破坏[4]。
众所周知，常温状态下通常可以通过细晶强化等手段提高材料的机械性能，而高温合金是在600℃并伴有一定应力的环境下长期工作，此时晶界发生弱化容易产生沿晶断裂。而垂直于主应力的晶界更容易产生裂纹导致破坏，为此研究设计制造了定向凝固柱晶和完全消除晶界由单个晶粒长大成型的单晶叶片[9]。