难变形高温合金GH4720Li的超塑性变形行为

利用等温热压缩模拟试验机,对难变形高温合金GH4720Li初始均匀细晶合金不同温度及应变速率下的变形行为研究,计算了判定合金超塑性变形范围的应变速率敏感因子m及对相应变形组织进行分析。结果表明,均匀细晶合金在1040-1130℃、0.0001-0.005 s^-1变形区间内,m值随变形温度升高和变形量增加而降低;1040-1100℃、0.0001-0.005 s^-1条件下,该细晶合金具有超塑变形的能力,而1130℃时,无论应变速率如何,该合金已经不具备超塑性变形的能力;均匀细晶合金在较高变形温度下最佳超塑性变形所对应的应变速率较高,低温变形时最佳超塑性变形发生需要更低的应变速率。

复合包套轧制工艺对难变形高温合金GH720Li组织的影响

研究了复合包套轧制工艺对难变形高温合金GH720Li组织的影响.结果表明:采用复合包套变形可以有效控制合金的轧制温度,减少轧辊与钢锭的摩擦力,改善难变形合金的表面质量及变形组织均匀性,防止轧制过程开裂.随着轧制变形量的增大,铸态GH720Li合金粗大的柱状树枝晶组织充分破碎,热变形后合金轧态晶粒度为ASTM5级,一次γ′相尺寸约为0.46μm,同时消除了低倍粗晶现象.经过热处理后GH720Li合金晶粒度为ASTM4级,改善了强化相γ′相的大小、数量及其分布状态,获得了良好的力学性能.

GH4720Li镍基合金混晶组织对高温持久性能的影响

GH4720Li镍基合金具有优良的高温力学性能,被广泛地用于制造航空发动机热端部件。在实际生产过程中GH4720Li合金容易得到含有局部粗晶的混晶组织。利用高温持久实验和扫描电子显微镜技术,研究了680℃/830 MPa与730℃/530 MPa条件下混晶组织对GH4720Li合金持久性能的影响规律,结果表明680℃/830 MPa条件下合金的持久失效机制以晶内位错运动为主,持久寿命随着粗晶数量增加而缩短。混晶中的粗晶含量相同时,晶界滑移机制也会起到一定作用,粗晶尺寸增大可以有效延长持久寿命。730℃/530 MPa条件下合金的持久失效机制以晶界滑移机制为主,持久寿命随着粗晶数量增加而延长。混晶中的粗晶含量相同时,持久寿命随着粗晶尺寸增大而缩短。

GH4720Li铸态合金热变形动态再结晶预测

在1080~1180℃温度和0.01~10 s^(-1)应变速率条件下,采用Gleeble-3800热模拟机进行热压缩试验获得了GH4720Li铸态高温合金的应力-应变数据,分析了合金的流变力学行为,建立了合金热变形中的动态再结晶预测模型。结果表明:在不同温度和应变速率下,GH4720Li铸态合金热变形过程中的流变应力随应变增大先增大至峰值后逐渐降低,表现出明显的动态回复和动态再结晶软化特征,发生动态再结晶的临界应变与相应条件下的峰值应变呈现出线性关系;基于加工硬化和动态回复与动态再结晶软化原理,计算获得了合金热变形中的动态再结晶百分数,利用修正的Avrami模型建立了合金热变形中的动态再结晶模型,较好地量化预测出合金不同变形参数下的动态再结晶百分数,模型预测值与微观组织试验结果一致,可用于指导该合金的锻造开坯工艺。

GH4720Li合金细晶棒材制备的热加工工艺研究

通过合理的热加工工艺获得组织均匀细小的棒材是难变形高温合金GH4720Li研制成功的关键和难点。通过对变形高温合金开坯工艺调研以及在GH4720Li合金MTS热模拟实验和数值模拟基础上,对开坯工艺参数进行了初步确定,据此采用2000t快锻机对406mm的GH4720Li合金铸锭进行了开坯试制,获得的棒材组织均匀、细小,性能优良。实验结果表明,得到的GH4720Li合金开坯工艺参数合理可行。

GH4720Li合金中析出相的研究进展

GH4720Li高温合金因其具有良好的高温强度、抗疲劳和抗腐蚀性能以及长期组织稳定性,被广泛应用于高性能航空发动机涡轮盘等转动部件。本文归纳了GH4720Li高温合金中γ'相的作用机理和演变规律,并分析了γ'相与高温性能之间的关联性和γ'相与残余应力的交互影响规律。此外,还综述了GH4720Li高温合金的改型研究进展,展望了未来分区控冷技术和双组织双性能盘制备技术在高温合金中的应用。

GH4720Li合金高温氧化行为研究

采用静态增重法测定了GH4720Li合金在650～900℃的氧化动力学，并利用SEM、EDS和XRD手段分析了不同温度下氧化膜的组成及结构，据此对GH4720Li合金的氧化机制进行了研究。结果表明，GH4720Li合金在900℃以下属完全抗氧化级。750℃以下，GH4720Li合金的氧化速率随温度升高缓慢增加，氧化膜主要由（Cr0.88Ti0．12）2O3和Cr2Nio4组成；超过750℃，合金的氧化速率显著增加，氧化层主要由（Cr0.88Ti0.12）2O3和TiO2组成。Ti的含量沿氧化层厚度方向由里向外逐渐增加，而Cr的分布规律正好相反。合金氧化动力学遵循抛物线规律，氧化机制由初始表面生成反应控制转变为扩散机制控制。

混晶组织对GH4720Li合金高温力学性能的影响

利用光学显微镜、场发射扫描电镜及力学性能测试等手段,研究了不同组织特征对GH4720Li合金高温拉伸和持久性能的影响。结果表明:组织B(局部混晶+一次γ′相)的650℃抗拉强度和屈服强度与组织A(均匀细晶+一次γ′相)相比有所降低;随着混晶程度的提高,组织C(完全混晶+一次γ′相)的抗拉强度迅速下降,但组织C的抗拉强度远高于粗晶组织D(粗晶+无一次γ′相)。不同持久试验条件下,合金的高温变形机制不同:730℃/530 MPa条件下,组织A和组织D持久寿命相当,但从组织B和组织C可以看出持久寿命随混晶所占百分比的增加而提高,高温低应力下的变形机制主要为晶界粘滞滑动;680℃/830 MPa条件下主要变形机制是晶内位错滑移,组织A和组织B的持久性能较好,持久寿命随着粗晶所占百分比的增加而降低,同时晶界滑移同样产生一定作用,使得以粗晶为主的混晶组织持久寿命的降幅不大。

GH4720Li合金热变形行为和相变

对GH4720Li合金在1080~1180℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下的单道次压缩变形行为进行了研究。利用压缩实验的应力-应变关系曲线,计算了变形条件下的热变形激活能,建立了相应的本构方程和热加工图。结果表明:动态再结晶是GH4720Li合金的主要软化机制;合金在1120~1180℃、应变速率在0.1~1 s^(-1)、真应变0.7时实现完全动态再结晶,最佳变形温度为1120~1140℃;γ′相的析出行为引起峰值应力和热变形激活能显著变化;热变形激活能在1160℃,达到最小值602 k J/mol;应变速率达到1 s^(-1)以上,合金出现失稳现象。

GH4720Li合金毫米级粗大晶粒热变形获得均匀等轴晶粒的可行性及工艺控制

为了阐明GH4720Li合金毫米级粗大晶粒再结晶和塑性协调的可行性,对毫米级晶粒的GH4720Li试样在不同的变形参数下(变形温度为1130、1160和1190℃,应变速率为0.001、0.01、0.1和1 s-1,工程应变为50%)的热变形行为进行研究,并与细晶GH4720Li合金的热变形行为进行对比。结果表明,具有毫米级粗大晶粒的GH4720Li试样对变形温度更加敏感,且在1160~1190℃、0.001~0.01 s-1的范围内可以获得完全再结晶组织,但综合考虑再结晶和热变形塑性的控制范围后,确定毫米级粗晶GH4720Li合金应在适中的变形温度下以较低的应变速率进行热变形才能获得均匀的等轴晶组织且不开裂,较好的变形工艺为1160℃、0.01 s-1。

均匀化态GH4720Li合金的热变形行为

利用MTS热模拟压缩试验,测试了铸态GH4720Li合金经均匀化后在不同温度、应变速率、应变条件下的热变形行为。通过计算变形表观激活能和变形后的组织及外观观察,研究了合金的流变应力行为、再结晶规律以及热塑性特征。结果表明,合金在1130~1160℃变形时可以得到细小的再结晶组织,同时具有较好的热加工塑性。较低和较高的温度下变形都有可能造成开裂,同时晶粒组织无法得到控制。

难变形高温合金GH4975的铸态组织及均匀化

应用FESEM、EBSD、萃取相分析及热模拟压缩等实验方法研究了难变形高温合金GH4975的铸态组织,铸态热压缩及均匀化过程中的组织演变。结果表明,GH4975合金铸态组织的主要析出相为γ′相、一次MC碳化物相及共晶相。合金中的主要偏析元素为Ti、Nb和W。铸态合金经热压缩后极易开裂,开裂主要由一次碳化物、共晶相及一次粗大γ′相的不协调变形导致。经1180℃、50 h均匀化热处理后,合金中的元素偏析完全消除。在1180℃均匀化过程中除共晶相回溶外,一次碳化物的数量和形态发生了明显的变化。均匀化后合金中的强化相和一次碳化物发生了综合互协调作用,使合金的热变形能力显著提高。

GH4720Li合金疲劳裂纹扩展速率的温度敏感性

测定了难变形高温合金GH4720Li在650、700、750及800℃空气环境下的疲劳裂纹扩展速率,并结合断口分析了在纯疲劳及保载90 s下,温度对合金疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,随着温度升高,合金疲劳裂纹扩展速率的增长幅度变大。800℃时,合金的疲劳裂纹扩展速率急剧增大。温度升高,疲劳裂纹的扩展方式发生了明显变化,650℃时断口为沿晶和穿晶断裂混合型,700~800℃时断口以沿晶断裂为主。保载时间延长,裂纹扩展速率加快,且裂纹扩展速率的温度敏感性增加。

GH4720Li镍基合金显微组织对650℃拉伸性能影响

GH4720Li镍基合金具有优异的高温力学性能,以涡轮盘、叶片等形式广泛应用于航空发动机中,高温拉伸性能是重要的力学性能。利用高温拉伸实验和扫描电子显微镜(SEM),研究了不同显微组织对GH4720Li合金650℃拉伸性能的影响规律。研究结果表明晶粒组织与γ′相共同影响GH4720Li合金高温拉伸性能,一次γ′相不仅抑制晶粒长大,而且强化晶界,细晶组织具有良好的高温强度和塑性。与细晶组织相比,混晶组织会显著降低合金高温强度和塑性,抗拉强度与屈服强度均会随着粗晶数量的增加而降低,同时,混晶组织中的粗晶含量(12%~70%)对GH4720Li合金650℃拉伸塑性的影响作用不明显。GH4720Li合金在γ′相回溶温度以上进行固溶处理,一次γ′相回溶,晶界缺少一次γ′相强化作用,晶粒长大,再经过后续时效处理,二次γ′相粗化,导致合金高温拉伸抗拉强度、屈服强度、延伸率与截面收缩率显著降低,诱发沿晶脆性开裂。

固溶冷却介质对GH4720Li合金组织和性能的影响

γ'相的形貌对GH4720Li合金的性能起着十分重要的作用。固溶淬火时高冷速可以增加基体的过饱和度,有利于获取细小的γ'相组织,然而过高的冷速容易导致工件淬火开裂。因此,工业生产中选择适当的冷却介质控制固溶淬火的冷却速度就显得尤其关键。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等手段研究了不同冷却介质对GH4720Li合金组织和性能的影响。结果显示,固溶冷却介质对GH4720Li合金的晶粒尺寸、一次γ'相形貌和数量无影响;水冷试样中二次γ'相的数量最少、三次γ'相的尺寸最小;水溶性淬火剂(20%浓度)冷却后的样品中三次γ'相的尺寸最大,室温、高温拉伸的屈服强度略低于其他样品。