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镍基合金在中、高温度下具有优异归纳功能，在高温零部件中应用最广泛。镍基高温合金渗铝是提高其抗高温氧化功能的一种常见工艺。因为镍基合金渗铝工件在安装和服役过程中将会受改变应力作用，导致工件涂层发生微裂纹而影响工件的安全服役，因此有必要对关键渗铝部件进行裂纹检测。渗透法可用于检测涂层的微裂纹，该办法具有灵敏度高(可发现长度为0．1μm的缺点)，显示直观、操作便利等长处。对施加涂层的受力工件进行理论剖析有助于改进工艺从而猜测和预防裂纹的构成和扩展。
目前关于镍基合金渗铝的研讨多会合在渗铝层的组织和结构，对渗铝后的镍基合金受改动力作用下渗铝层产生的微裂纹研讨很少。本文运用DEFOＲM软件模拟渗铝层进行应力分析，获得镍基合金渗铝层应力的散布规律及渗铝层厚度与应力场的联络。采用粉末包埋法在镍基合金外表制备渗铝层样品，通过渗铝样品的改动试验调查镍基合金渗铝层微裂纹散布及微裂纹与渗铝层厚度的联络。
1有限元建模及实验方法1．1有限元建模采用DEFOＲM软件扭转模仿，研究渗铝的镍基合金在不同扭转角及不同渗铝层厚度下渗铝层应力改变特征，取得应力改变规则。1．1．1仿真建模对渗铝的K合金进行扭转模仿时，首要分为以下几步:
①依据实践的镍基合金尺寸(50mm×18mm×5mm)，利用AutoCAD树立片状镍基合金和左、右夹具的几何模型，并导入DEFOＲM中，以便于后续操作。②运用DEFOＲM在镍基合金外表添加渗铝层，并进行绝对网格划分。确定主模的运动条件，使镍基合金发生扭转。
③依据上述步骤，运行DEFOＲM得到模仿成果。
1．1．2改变过程的模仿操控①右夹具为主模，在改变过程中以一定的改变角速度沿XZ轴平面运动。左夹具静止不动，镍基合金放置在中间被两个夹具夹紧。
②模仿改变温度为20℃，镍基合金的弹性模量为GPa，泊松比为0．3，密度为8．1g/cm3［16］，冲突因数为0．7，角速度为0．rad/s，模仿步数为11。改变角分别为3°、5°。
经过JmatPro计算出铝含量为25%的渗铝层弹性模量为．GPa，泊松比为0．，密度为5．g/cm3。
1．2实验方法实验用50mm×18mm×5mm的片状K镍基合金为基体，其化学成分(质量分数，%)为0．18C、3．8W、10Cr、4．5Co、3．8Mo、2．3Al、2．9Ti、0．2Fe，Ni余量。对镍基合金进行渗铝，渗铝配方为铁铝粉(99．7%，目)、氯化铵(0．3%)。渗铝温度为℃。渗铝时间分别为1、2和3h。为了降低渗铝层的脆性，对渗铝层进行分散退火使Ni2Al3转变为NiAl相。分散退火温度为℃，退火时刻分别为3、5和7h。选用改变实验机将分散退火试样进行改变实验，改变角分别为3°、5°。选用渗透处理中的着色法检测改变后的试样外表微裂纹，得出渗铝层微裂纹散布规律及渗铝层厚度与微裂纹的关系。
2结果与评论2．1模拟剖析图1为K合金不同渗铝层厚度在改变角为3°、5°下的等效应力散布云图。从图1可知，K合金渗铝层等效应力较大的区域首要散布在合金的中间。发生这种现象的首要原因是:在改变载荷的作用下，中间区域应力集中，位错易塞积。跟着渗铝层厚度的添加，K合金渗铝层等效应力减小。当渗铝层厚度为30μm，样品中间区域等效应力最小，因而，渗铝层厚度为30μm的K合金发生微裂纹的可能性最小。从图1(d～f)可知，当改变角由3°添加到5°时，渗铝层等效应力最大区域同样首要出现在K合金中间，并且其等效应力散布规律与图1(a～c)的类似，但相同渗铝层厚度下，改变角为5°样品中心的等效应力显着高于改变角为3°的应力。可见随改变角增的大，样品中心区所受等效应力显着增大。跟着改变角度的添加，等效应力最大区域由中心向四周扩展。
图2是扭转角与样品表面等效应力最大值、最小值的改变曲线，从图2可知，当扭转角从0°到3°，等效应力最大值快速增加。而从3°到5°等效应力增加较缓慢。其等效应力的最小值改变规则与最大值的改变规则类似。
2．2试验验证采用着色法检测K合金外表，显现出来的红点有可能是微裂纹。结合光学显微镜在扩大倍下调查试样外表裂纹状况。图3、图4分别为改变角为3°、5°，不同渗铝层厚度的微观外表描摹。从图3、图4可得，K合金渗铝层局部出现了微孔，微孔出现的原因是:在粉末包埋渗铝(主要指分散处理)过程中，铝的活度比镍高，而且铝、镍及其他原子扩散速度的差异，在渗铝层中产生空隙。且渗入的铝原子半径比镍小，在K合金外表引起晶格畸变造成缺点，在外表构成微孔等缺点。微孔在改变力的效果下可产生扩展，构成微裂纹。
从图3(a～c)可知，一切测验样品中心区域均可见微裂纹，这与图1中模仿成果的中心区域应力会集共同。在不同渗铝层厚度的样品中，图3(a)外表的微小红点最多，其微裂纹条数最多，长度最长。图3(c)外表的小红点最少，微裂纹长度最短。从图4(a～c)可得，扭转角从3°增加到5°，K合金渗铝层微裂纹长度及数量明显增多，这与模拟试验的结果相一致，随着渗铝层厚度的增加，K合金渗铝层微裂纹的长度及数量的变化和图3有相同的规律。
2．3讨论利用粉末包埋渗铝工艺在K合金外表制备镍基合金渗铝厚度为20～30μm的渗铝层，对渗铝后的K合金进行3°和5°扭转试验。跟着渗铝层厚度的添加，K合金渗铝层裂纹数量削减，裂纹长度变短。其原因与渗铝层厚度的增加使微裂纹发生偏转有关，在外加载荷的效果下，微裂纹扩展过程中，因为渗铝分散过程中各原子发生分散速度的差异，渗铝层中存在晶界、显微孔洞等缺陷。微裂纹尖端在扩展过程中，沿相界和晶界扩展，构成微裂纹偏转。微裂纹偏转会延长微裂纹传播路径，添加微裂纹扩展阻力，消耗微裂纹扩展的能量，导致K合金渗铝层在测试厚度范围内跟着渗铝层厚度添加减缓微裂纹的扩展，因此其外表裂纹数量削减，裂纹长度变短。
相似结果在其他涂层体系中也有报道，如Q钢外表TiN涂层厚度为1～1．5mm时，跟着TiN涂层厚度增大，涂层外表应力、Mises应力以及涂层/基体界面处的剪切应力都将减小，涂层不易发生微裂纹。同时，涂层应力分布的不均匀性得到平缓，最大应力坐落涂层的中间区域。选用有限元模仿的办法，合理控制渗铝层的厚度可以改进K合金外表的力学性能。
有限元的办法模仿梯度涂层厚度对W/L功能梯度涂层残余应力的影响也得到相似的结论，当热应力平缓型功能梯度涂层(FGM)厚度为～0μm时，W/L随FGM厚度的增加，最大剪切应力显著下降。较厚的FGM涂层不容易发生剪切应力而引起涂层发生撕裂型或混合型失效。K合金渗铝层厚度由20μm增加到30μm，渗铝层微裂纹长度较短和数量削减。渗铝层厚度太薄，外表的剪应力增大，容易发生微裂纹，导致渗铝层的综合力学性能降低。在测验渗铝层厚度范围内(20～30μm)K合金渗铝层厚度添加能够下降渗铝层的应力，按捺微裂纹的产生。
上海霆钢金属集团有限公司上海霆钢金属集团有限公司上海霆钢金属集团有限公司上海霆钢金属集团有限公司3结论1)K镍基合金渗铝样品渗铝层铝含量为25%时，在3°和5°角改变，样品中心区域等效应力最大。四周区域应力相对较小。改变3°和5°样品外表均出现微裂纹，改变角越大，微裂纹越多。2)渗铝层铝含量为25%时厚度为20～30μm时，相同改变角度下，渗铝层越厚，渗铝层表K镍基合金面等效应力越小，样品外表微裂纹数量削减，裂纹长度减小。3)渗铝层铝含量为25%、厚度为30μm的K镍基合金在改变应力效果下，外表微裂纹最少，为最佳渗铝层。
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