氧化物颗粒弥散强化Pt-Rh合金及其焊接接头高温性能研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xzl2003cn
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铂及其合金凭借其优良的耐腐蚀性、高温稳定性、抗蠕变性等性能,在电气工业、化学工业、玻璃纤维、平板显示等工业中用于制造精密电接触材料、电阻温度计、催化剂、拉丝漏板、玻璃液通道等部件。常规的铂及其合金长时间处于高温应力环境时,容易出现晶粒严重长大、性能大幅下降等问题,难于满足日益严苛的服役性能要求。国内外研究及工程实践表明,固溶强化、弥散强化等手段可有效改善铂合金的室温性能及高温性能。本论文以玻璃纤维工业中拉丝漏板的常用材料——铂合金为研究对象,研究采用固溶强化、弥散强化的方法提高漏板的服役性能,重点探究Pt-20Rh-0.015Y-xZr(x=0,0.4)合金及其焊接接头的微观组织、室温力学性能、高温抗蠕变性、高温润湿性等,主要工作和研究结果如下:(1)采用粉末冶金、内氧化-烧结、高温锻造、轧制、退火等工艺,制备出1mm厚的Pt-20Rh-0.015Y-xZr合金薄片,采用手工氩弧焊制备出焊接接头试样。(2)采用金相显微镜观察分析合金及其焊接接头微观组织特点,结果表明轧制态Pt-20Rh-0.015Y-xZr合金TD-RD面晶粒呈纵横比较大的细长纤维状,Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金晶粒纵横比大于Pt-20Rh-0.015Y合金。Pt-20Rh-0.015Y-xZr合金焊接接头焊缝宏观表面平整、致密。焊缝表面强化相颗粒富集,Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金焊接接头浮出物显著多余Pt-20Rh-0.015Y合金焊接接头。焊接接头中焊核区晶粒尺寸较大为柱状晶,Pt-20Rh-0.015Y合金焊接接头焊核区晶粒明显大于Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr。熔合区内侧主要为粗大的柱状晶,外侧主要为等轴晶。热影响区发生了回复再结晶,Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金焊接接头热影响区晶粒尺寸大约4.9μm,显著小于Pt-20Rh-0.015Y合金焊接接头热影响区晶粒尺寸13.2μm。(3)测试了合金及其焊接接头室温力学性能,结果表明Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金的抗拉强度589MPa、屈服强度310MPa,分别高出Pt-20Rh-0.015Y合金43.0%、116.8%。Pt-20Rh-0.015Y-xZr合金焊接接头力学性能低于母材,Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金焊接接头的抗拉强度483MPa、屈服强度297MPa,分别高出Pt-20Rh-0.015Y合金焊接接头21.1%、77.8%。母材室温拉伸断口有大量韧窝,为塑性断裂,Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金断口韧窝中存在强化相颗粒,EDS能谱分析表明颗粒主要成分为ZrO2,焊接接头断口中韧窝数量明显低于母材断口,塑性断裂特征较母材弱。(4)测试了合金及其焊接接头1400℃、20MPa下的抗蠕变性能,结果表明Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金及其焊接接头的蠕变持久时间分别为11.7、0.46小时,分别是Pt-20Rh-0.015Y合金及其焊接接头的21倍、2倍。Pt-20Rh-0.015Y合金和Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金在高温高载荷下回复再结晶明显。Pt-20Rh-0.015Y-xZr合金及其焊接接头蠕变断口表面韧窝甚少,在Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金及其焊接接头蠕变断口中存在强化相颗粒,EDS能谱分析表明颗粒主要成分为ZrO2,在Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金及焊接接头断口中出现疑似位错环的条纹。(5)采用座滴法测试了1000-1550℃下Pt-20Rh-0.015Y-xZr合金与TM+玻璃熔滴的润湿性。在此温度区间,随着温度升高,润湿角总体呈现出下降趋势。在1050℃时,Pt-20Rh-0.015Y-0.4Zr合金和Pt-20Rh-0.015Y合金的润湿角分别为148.6°、142.0°,不润湿;在1550℃时,润湿角分别为63.5°、67.3°,润湿性较好。
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