GH99高溫合金高溫變形行為及組織演化規(guī)律研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、GH99是一種典型的γ′相強化型鎳基高溫合金,合金中的W、Mo、Co等元素可以起到固溶強化作用,B、Ce、Mg等元素可以起到晶界強化作用。該合金具有優(yōu)良的高溫力學性能,抗蠕變性能和耐腐蝕性能,目前主要用于航空航天的發(fā)動機中。該合金的最高使用溫度可以達到1000℃,是使用溫度較高的一種高溫合金。該合金的熱變形行為對溫度和應變速率等工藝參數(shù)非常敏感,其變形抗力很大,成形非常困難。GH99合金的合金化程度很高,其在高溫條件下的組織演變非常復雜

2、,而且高溫變形時的工藝參數(shù)也會對該合金的微觀組織造成很大影響,其組織控制難度很大。此外,該合金中存在大量的退火孿晶,探索退火孿晶在熱處理過程及高溫變形過程中的演化規(guī)律也十分必要。
  本文研究了GH99合金熱處理過程中的組織演化特點,采用高溫壓縮實驗研究該合金的高溫變形力學行為,同時探索了該合金高溫變形過程中動態(tài)再結晶組織以及退火孿晶的演化規(guī)律。
  通過對該合金進行熱處理實驗,得到了合金中Σ3晶界和γ′相在不同熱處理條件下

3、的演化規(guī)律。固溶處理過程中,隨著固溶溫度的升高和保溫時間的延長,Σ3晶界體積分數(shù)會呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。時效處理過程中,Σ3晶界結構非常穩(wěn)定,且其體積分數(shù)變化不大,一直維持在0.553-0.633范圍內。此外,隨著時效溫度的升高和保溫時間的延長,合金中γ′相的粗化現(xiàn)象明顯,其長大激活能約為248.8kJ/mol。隨著γ′相的逐漸長大,部分γ′相形狀會由球形變成方形。
  通過研究該合金的高溫變形力學行為,建立了該合金在加工硬化

4、-動態(tài)回復階段和動態(tài)再結晶階段的本構方程,并驗證了該本構方程的準確性。同時,利用Arrhenius方程計算出了該合金的熱變形激活能,Q=427.626kJ/mol。基于DMM模型,建立了GH99合金不同應變下的功率耗散圖,結合微觀組織觀察得到了該合金成形的最佳工藝參數(shù)為:溫度區(qū)間1090-1160℃,應變速率區(qū)間0.01-0.3s-1。利用四種失穩(wěn)判據(jù)(Prasad、Murty、Gegel和Malas)繪制GH99合金在真應變?yōu)?.65

5、時的熱加工圖,結合微觀組織觀察發(fā)現(xiàn)了該合金的兩個失穩(wěn)區(qū):第一個位于溫度區(qū)間1010-1080℃,應變速率區(qū)間0.16-1s-1范圍內;第二個位于溫度區(qū)間1080-1160℃,應變速率區(qū)間0.32-1s-1范圍內。通過微觀組織觀察發(fā)現(xiàn) GH99合金熱成形過程中失穩(wěn)變形的主要機制是局部流動和絕熱剪切帶。
  利用EBSD技術,對GH99合金高溫壓縮過程中動態(tài)再結晶組織的演化規(guī)律進行了深入研究。結果表明:隨著變形溫度的升高和應變速率的減

6、小,動態(tài)再結晶晶粒尺寸與其體積分數(shù)會不斷增大。依據(jù)動態(tài)再結晶組織隨著工藝參數(shù)的演化規(guī)律,建立了該合金的動態(tài)再結晶動力學模型和動態(tài)再結晶晶粒尺寸預測模型。此外,GH99合金的動態(tài)再結晶形核機制主要包括兩種:不連續(xù)動態(tài)再結晶與連續(xù)動態(tài)再結晶。雖然這兩種機制在該合金的高溫變形過程中同時進行,但連續(xù)動態(tài)再結晶只是一種輔助形核機制。不連續(xù)動態(tài)再結晶包括晶粒形核與長大兩個過程,其中長大過程在高溫低應變速率條件下占主導地位,而形核在低溫高應變速率條件

7、下占據(jù)主導地位。連續(xù)動態(tài)再結晶雖然只是一種輔助機制,但是它在高溫變形的初始階段得到一定強化,隨著應變的增大,它的作用再次削弱。此外,連續(xù)動態(tài)再結晶的作用還會隨著變形溫度的升高而削弱,隨著應變速率的增大而增強。
  利用EBSD技術,對GH99合金高溫壓縮過程中退火孿晶的演化規(guī)律進行了深入研究。結果表明:高溫壓縮初始階段,原始晶粒內部的Σ3n(n=1,2,3)晶界大量消失,導致Σ3n(n=1,2,3)晶界的體積分數(shù)和Σ3晶界密度降低

8、。隨著應變的逐漸增大,大量的Σ3晶界在動態(tài)再結晶組織中以共格Σ3晶界的形式出現(xiàn),從而導致Σ3n(n=1,2,3)晶界的體積分數(shù)和Σ3晶界密度逐漸增大。此外,在GH99合金高溫變形過程中,新的Σ3晶界主要通過偶然生長機制形成,而Σ9和Σ27晶界則主要通過晶界再生機制形成。此外,隨著變形溫度的升高和應變速率的減小,該合金中的Σ3n(n=1,2,3)晶界體積分數(shù)和Σ3晶界密度都會呈現(xiàn)出先增大而后減小的趨勢,而Σ3晶界中共格Σ3晶界的比例則會不

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