海洋大气环境下服役的GH4738高温合金的高温冲蚀磨损特征研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Chunbo_Huang
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镍基高温合金具有优异的抗高温性能,是制造航空航天发动机热端零件的主要材料。但是,在海洋大气环境下,腐蚀-氧化-磨损是航空发动机关键热端部件损伤失效的主因,其造成的直接经济损失相当严重,对航空发动机材料提出更高的要求。因此,确定飞机实际服役条件下的关键热端部件材料的损伤失效机制与特征极为重要。本文以高温合金GH4738为对象材料,采用基于高温氧化-高温冲蚀磨损-海洋化学腐蚀的多因素循环交替作用的实验设计手段和方法,结合OM、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、XPS表面分析技术、硬度测试,残余应力测试以及TEM测试等测试技术,研究不同的海洋大气腐蚀环境和不同实际服役条件对航空发动机关键部件材料的腐蚀磨损影响规律、微观腐蚀磨损机制和特性,主要内容如下:(1)通过海洋化学腐蚀-高温氧化-高温冲蚀三因素交替循环试验与高温氧化-高温冲蚀二因素交替循环试验,研究了三因素与二因素对GH4738合金的损伤的影响规律,并对比分析了海洋化学腐蚀-高温氧化-高温冲蚀三因素交替循环试验、高温氧化-高温冲蚀两因素交替循环试验及原始试验冲蚀速率。结果表明,随着循环的进行,三因素与二因素冲蚀速率逐渐降低,降低幅度分别为1.2%-30%,12.6%-19.7%。冲蚀速率下降的原因是次表层硬度的提高与硬化层的增加抵抗了材料的冲蚀,除此之外,残余应力的存在与硬化层复合共同提高了冲蚀磨损性能。氧化层致密性降低,硬化层厚度薄,残余应力减小都是使得三因素的冲蚀速率高于二因素冲蚀速率的原因。说明在循环试验中,腐蚀对材料的冲蚀损伤产生促进作用。(2)研究了海洋化学腐蚀-高温氧化阶段循环后高温冲蚀试验,并对比分析海洋化学腐蚀-高温氧化-高温冲蚀三因素交替循环试验与海洋化学腐蚀-高温冲蚀阶段循环后高温冲蚀两因素阶段循环试验的冲蚀速率。结果表明,氧化层厚度分别为2.92μm,7.33μm,9.32μm,氧化层厚度的增加抵抗一部分冲击能量,材料的冲蚀速率下降。晶界腐蚀的加重,使得材料晶粒间的结合力下降,材料更容易去除,材料的冲蚀速率升高。三因素交替循环前四次循环中,冲蚀速率受氧化层主导,氧化层薄且疏松,冲蚀速率高于二因素阶段循环冲蚀速率,三因素交替循环的后两次循环中产生硬化层,冲蚀速率受硬化层影响,所以其冲蚀速率低于二因素阶段循环冲蚀速率。研究其服役过程中海洋大气腐蚀、高温氧化以及高温冲蚀三者交替损伤机制对航天飞机海洋大气环境停放与执行任务过程中,预防热端部件遭受损伤破坏,具有十分重要的实际意义。
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