变形温度及变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响

基于楔形试样等温锻造试验,采用Deform-3D模拟软件,模拟确定了楔形试样中不同位置的变形量,研究了不同变形温度和不同变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响。结果表明：在压下速率0.04 mm/s的平模镦粗试验条件下,挤压态FGH96合金出晶粒异常长大的临界变形温度为1100℃,临界变形量为2%;1000-1070℃锻造变形时,合金不易发生晶粒异常长大,但也有“临界变形量”特征,变形量5%-10%区域晶粒平均直径最大;选择15%及以上的变形量,可以避免晶粒异常长大,并获得均匀细小的晶粒组织。

TA7钛合金高温流变行为研究

通过热压缩试验研究了TA7钛合金在变形温度850～ 1000℃、应变速率0.001～0.1s^-1条件下的流变应力变化规律,计算并建立了描述TA7钛合金高温变形特性的本构方程.结果表明：变形温度和应变速率对TA7钛合金流变应力影响显著,随变形温度升高和变形速率的降低,相同变形程度下合金的流变应力显著降低,并且在较低的应变下合金即可达到稳态流变状态.

应变速率对挤压态镍基粉末高温合金异常晶粒长大的影响

采用真空等温热变形试验机在恒应变速率和真空环境条件下,对挤压态镍基粉末高温合金试样20 mm×20mm×50 mm进行了等温应变梯度变形试验研究。分别在最大应变速率0.001、0.01、0.1、1 s-1和变形温度1070℃条件下,所有试样最大应变处等温变形至真应变1.0。结果表明:随应变速率的升高,异常晶粒长大位置由大应变区逐渐移至小应变区,异常晶粒长大变得严重,而在高应变速率时,温升越大,试样异常晶粒长大的情况越严重;借助EBSD技术可以计算晶粒形变程度,大应变区域具有较大的晶粒形变程度,异常晶粒长大区域具有较小的晶粒形变程度,由于晶粒形变程度高的区域位错密度大,晶内储存能量较高,易于发生再结晶,晶粒形变程度低的区域位错密度小,位错优先用于晶粒长大。

原始组织对FGH96合金热压缩变形行为和组织的影响

采用Gleeble热力模拟机分别对平均晶粒直径30μm的热等静压态、10μm的挤压态细晶和3μm的挤压态超细晶FGH96合金进行了等温压缩试验,变形温度为1000~1100℃,应变速率为0.001~0.1s-1。结果表明,在相同变形温度和应变速率下,挤压态合金的应力远小于热等静压态的,随着原始晶粒尺寸减小,FGH96合金的应力呈减小趋势,但在1100℃和0.001s-1变形时,挤压态超细晶的应力略高于挤压态细晶的;应变速率为0.001s-1时,热等静压态组织在1100℃呈现稳定流动特征,应力不随应变的增大而增大,而挤压态细晶组织在1050℃和1100℃均呈现稳态流动特征;应变速率为0.001s-1时,挤压态超细晶组织1050℃应力低于1100℃的,且晶粒组织较1100℃细小均匀,1100℃变形容易形成混晶,组织不易控制。

挤压参数对镍基粉末冶金高温合金微观组织影响研究

通过改变挤压工艺参数对镍基粉末冶金高温合金微观组织影响进行了研究。结果表明,挤压速度20 mm/s和挤压比4∶1时,随挤压温度升高,动态再结晶程度提高,当超过1100℃,晶粒呈现长大趋势;在1100℃,挤压速度50 mm/s,挤压比3∶1~8∶1时,挤压比超过6∶1,变形热对晶粒长大的影响较明显;在1100℃,挤压速度20 mm/s和挤压比4∶1时,随挤压速度增加,再结晶晶粒更加细小;当挤压速度达到80 mm/s,变形热导致再结晶晶粒长大。沿挤压方向,棒坯头部晶粒较粗,垂直挤压方向,棒坯边缘晶粒较细。

固溶处理和疲劳保载时间对FGH96合金高温疲劳裂纹扩展速率的影响

测定了FGH96合金在650℃空气环境中的疲劳裂纹扩展速率,研究了合金显微结构、固溶冷却速率及保载时间对FGH96合金裂纹扩展速率的影响。结果表明,控制固溶后以适当的方式冷却,使得二次和三次γ′相均匀匹配析出,可以获得具有良好疲劳裂纹扩展抗力的合金组织。FGH96合金的高温疲劳裂纹扩展速率随保载时间的增加而增加,其断裂模式为沿晶断裂。

粉末高温合金中夹杂物的变形特征及对探伤信号的影响

通过人工植入Al_(2)O_(3)颗粒的方法,研究了粉末高温合金中化学性质稳定型陶瓷夹杂物随样品制备工艺过程其形状和尺寸的遗传特征,及对探伤信号识别的影响规律。结果表明,Al_(2)O_(3)颗粒经热等静压致密化后,其形状和尺寸未发生变化,与基体之间为机械结合,无反应过渡区;经热挤压变形后,Al_(2)O_(3)颗粒被破碎,并沿挤压变形方向呈“链状”分布,“链状”夹杂物的长度扩大至原始尺寸的约2~5倍;经等温锻造后,“链状”夹杂物内细颗粒的二次破碎效果不显著,随基体合金流动而发生倾转并被分散。上述夹杂物的变形特征表明,在某一中等变形量范围内的夹杂物颗粒更易被探伤信号识别,实际锻件探伤信号的分布特征证实了本试验结果的合理性。

预拉伸对FGH96合金残余应力及力学性能的影响

对FGH96合金拉伸试片在室温条件下进行0〜4%预拉伸应变处理后,测试了不同预拉伸应变下FGH96合金面内应变、表面残余应力、室温拉伸强度、屈服强度和高温蠕变性能,并对不同预拉伸应变后FGH96合金显微组织、γ′相和位错进行了研究。结果表明:随着预拉伸应变的增大,试片表面各位置处的残余应力均呈现逐渐降低趋势,且预拉伸量越大,残余应力降幅越大;在相同预拉伸应变条件下,试片的残余应力降幅较大,这与预拉伸过程中试片面内应变场显示试片边缘处应变较大的结果相一致。不同预拉伸应变FGH96合金显微组织和γ′相无明显差别,低预应变条件下,未能观察到位错切割二次γ′相;当预应变达到2.5%时出现少量位错切割二次γ′相,且出现层错现象。随着预拉伸应变增大,位错在晶界处塞积程增大趋势,形成位错缠结。

变形参数对挤压态镍基粉末高温合金晶粒长大行为的影响

采用真空等温热变形试验机对挤压态镍基粉末高温合金试样(20 mm×20 mm×50 mm)进行等温应变梯度变形试验研究。在最大应变速率0.001~1 s^-1和变形温度1000~1100℃的条件下,所有试样最大应变处等温变形至应变1.0。结果表明:变形试样在标准过固溶处理前的典型微观组织形貌并无明显区别,只是晶粒尺寸大小略有区别;变形试样经过标准过固溶处理后,晶粒尺寸较为不均匀,晶粒之间尺寸差别较大,存在个别尺寸极大的晶粒,即在一定应变区间内出现了异常长大的晶粒,且随着最大应变速率的增大,存在异常长大晶粒的区域应变值逐渐降低,随着变形温度的升高,晶粒异常长大的程度逐渐加大。

GH5188合金流变行为研究

通过在Gleeble3500型热模拟实验机上对GH5188合金进行等温热压缩实验，在变形温度为1030-1150℃、应变速率为0．01-10s-1的条件下，研究其热压缩变形的流变应力变化规律。在应力一应变结果的基础上，采用引入应变量因素的Arrhenius方程，建立了描述GH5188合金高温变形特性的本构方程。结果表明：变形温度和应变速率对GH5188合金流变应力影响显著，随变形温度升高和变形速率的降低，相同变形程度下合金的流变应力显著降低，并且在较低的应变下合金即可达到稳态流变状态。GH5188合金流变应力计算值和实验值相对误差较小，所建立的本构方程具有良好的预测能力。

挤压态镍基粉末高温合金热变形行为与组织研究

通过Gleeble－3500D热力模拟研究了挤压态镍基粉末高温合金在恒温和恒应变速率条件下的热变形行为和组织特征，变形温度范围为950～1150℃，应变速率范围为0．001—0．5s^-1。通过线性回归分析，获得了挤压态镍基粉末高温合金的本构方程，并求得热变形激活能为338．638kJ·mol^-1。在1050℃以下热压缩变形时，试样容易开裂；而在1050～1150℃的温度范围热压缩变形时，试样不易开裂。挤压态镍基粉末高温合金热压缩变形后发生了完全再结晶，再结晶晶粒尺寸受温度影响显著，在低于1100℃变形时，再结晶晶粒尺寸随变形温度升高稍有增大；而在高于1100℃变形时，再结晶晶粒尺寸随变形温度升高显著增大。该种合金的合理变形参数范围为0．001—0．01s^-1及1050～1100℃。

挤压工艺参数对FGH96合金棒材显微组织的影响

对FGH96合金进行了不同挤压工艺参数的热挤压变形,研究了挤压温度、挤压比、挤压速度对FGH96合金热挤压棒材的晶粒组织和γ′相的影响,以及γ′相对再结晶晶粒长大的影响。结果表明:在实验选定的挤压工艺参数范围内,FGH96合金均发生了动态再结晶,随着挤压温度的升高,再结晶晶粒尺寸增大;在FGH96合金棒材的显微组织中,大尺寸γ′相呈链状分布于晶界,小尺寸的γ′相弥散分布在晶粒内部;随着挤压温度的升高,晶界处的大尺寸γ′相逐渐溶解,晶界迁移、阻力减小,再结晶晶粒长大,挤压温度为1100℃时,晶界处的大尺寸γ′相开始快速溶解,再结晶晶粒开始明显长大;挤压比和挤压速度的影响主要体现在单位时间内等效应变量和变形潜热对再结晶形核和长大的双重作用上,挤压比或者挤压速度过大或过小均会出现不均匀组织。

粉末高温合金中SiO2夹杂物与基体的界面反应机理及对其变形行为的影响

通过人工植入夹杂物的方法,采用SEM、EPMA、TEM、纳米压痕和微纳CT研究了FGH96粉末高温合金中30和60μm SiO2夹杂物在粉末态、热等静压(HIP)和热挤压(HEX)过程中形貌、尺寸以及化学成分的演变规律,深入揭示了SiO2夹杂物与基体发生界面反应的机理,定量研究了夹杂物在粉末态、HIP态以及HEX态下尺寸的变化,表征了夹杂物在挤压棒材中的三维形貌。结果表明,在粉末态时,夹杂物呈长条状或板条状;在HIP过程中,夹杂物与基体发生了置换反应,形成了内部Ti O2、外部Al2O3并弥散分布于γ基体的复合夹杂物,确定了形成氧化物的物相种类,揭示了界面反应机理,同时,30μm SiO2周围未出现γ’相贫化区,60μm SiO2周围形成了γ’相贫化区,合金基体较γ’相贫化区具有较高弹性模量和纳米硬度,γ’相贫化区为软化区,反应后30和60μm SiO2夹杂物尺寸分别约为35和75μm,体积得到进一步增大;在挤压过程中,60μm SiO2由于贫化区的存在表现出与30μm SiO2不同的变形行为,并通过SEM观察统计的夹杂物尺寸与理论计算和微纳CT测试结果进行了对比验证。

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响

通过人工植入夹杂物的方法,制备含不同尺寸Al_(2)O_(3)和SiO_(2)夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量研究了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了低周疲劳寿命与夹杂物特性的关系。结果表明,应变幅为0.8%时,疲劳源区以内部夹杂物为主;当应变幅为0.9%时,疲劳源区内部夹杂物占比降低,而表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大;当应变幅为1.0%和1.2%时,疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面;随应变幅自0.8%增至1.2%,源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在较低应变幅下,随夹杂物面积的增大,低周疲劳寿命降低。在一定夹杂物尺寸范围内,SiO_(2)夹杂物比Al_(2)O_(3)夹杂物对低周疲劳寿命危害更大,其原因在于SiO_(2)夹杂物周围由于γ’相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命。当不考虑夹杂物面积时,夹杂物距试样表面距离对低周疲劳寿命的影响无明显规律;当夹杂物面积相同时,低周疲劳寿命随夹杂物距试样表面距离的增大而线性增大。其影响相对较小。

挤压态镍基粉末高温合金微观组织分析

镍基粉末高温合金在挤压比为4∶1、挤压速度为20 mm·s^-1和变形温度为1050~1180℃的条件下进行挤压变形,将挤压后的试样在1000~1100℃条件下保温10~120 min,分析挤压态镍基粉末高温合金及其热处理过程中微观组织及再结晶晶粒的形核及长大。实验结果表明:挤压态镍基粉末高温合金中存在两种类型的γ′相,大尺寸γ′相多分布于晶界上,尺寸约为1~2μm,小尺寸γ′相多分布于晶粒内部,尺寸约为200 nm,呈弥散状态分布;经过1080和1100℃保温10,30,60和120 min的热处理后,大尺寸γ′相的含量和尺寸均变化不大,小尺寸γ′相基本完全溶解;热挤压变形过程中形成的位错胞,在加热过程中位错重新排列并对消形成亚晶,进而形成再结晶核心。再结晶核心通过应变能和界面能的驱动实现长大,由于合金中大尺寸γ′相的存在,在再结晶形核后的长大过程中,其晶界的迁移受γ′相的钉扎作用,抑制了晶粒长大,使合金晶粒组织具有良好的热稳定性。