长时在役Inconel 783高温合金螺栓的显微组织和力学性能

研究了605℃服役约3万小时的Inconel 783合金螺栓,利用Thermo-calc软件对试验材料进行热力学平衡过程的模拟,研究析出相种类、组成与温度的变化趋势。对螺栓的螺纹和光杆部位进行取样研究,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)研究合金试样的显微组织及析出相特征,并且进行布氏硬度、拉伸、冲击等力学性能测试。结果表明:螺栓光杆处的晶粒尺寸略大于螺纹处,螺纹和光杆部位的γ′及β析出相形貌、尺寸及数量大体一致。此外,γ′相主要呈纳米级小颗粒状;β相主要呈两种特征,一种尺寸比较大分布于晶内及晶界,另一种尺寸相对较小分布于晶界呈网状。同时,在β相内发现γ′相及Heusler-Ni_2AlX相的析出。试验螺栓螺纹处的硬度值高于光杆处,螺纹处的屈服强度均略高于光杆处,但高温下光杆处的断后伸长率和断面收缩率却稍高于螺纹处。

Inconel783高温合金螺栓的组织与织构

研究了Inconel783高温合金螺栓的组织结构与织构特点,重点关注β相的分布与析出特征,并研究了高温应力松弛前后组织与织构的变化情况。结果表明,螺栓试样γ相晶粒分布较为均匀,同时存在弥散分布的γ′相析出。大颗粒的β相沿螺栓轴向成串分布,其分布特征与γ相晶粒取向及尺寸无关,主要由冶炼方式与热加工过程决定;较小的β相在γ相晶界与晶内、连续或孤立析出。织构方面,γ相与β相均未表现出强织构,与热加工过程中变化的多向应力状态有关。以螺栓轴向(x方向)为试样参考方向,γ相存在一定的<111>//x与<100>//x择优,其中前者强度稍高。高温应力松弛试验后,γ相组织、β相分布与各相织构均较为稳定。对该合金中发挥重要作用的小尺寸β相分析发现,其析出行为受到γ相基体取向与晶界特征影响,其中<111>取向晶粒内析出较多,孪晶界上β相析出不占优势。因此,通过控制热加工与固溶处理过程中γ晶粒尺寸与取向择优,有望调控其析出特征。

IN783低膨胀高温合金的热变形行为和组织演变

通过热压缩试验研究了IN783低膨胀高温合金在温度为1000~1120℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下的热变形行为,并采用电子背散射衍射(EBSD)研究了不同变形参数下合金的组织演变规律。结果表明,IN783合金的流变应力随着温度的升高和应变速率的减小而显著降低。基于Arrhenius方程和Zener-Hollomon参数模型,建立了该合金的本构方程为:ε=3.58237×10^(15)[sinh(0.00495724σ)]^(3.99121)exp(-417.146551/RT),可以很好地描述热变形过程中流变应力与变形温度和应变速率的关系。基于动态材料模型绘制了IN783合金的热加工图,并根据热加工图和微观组织分析,确定IN783镍基高温合金热加工的安全区间为:1000~1080℃/0.1~10 s^(-1),以及1000~1040℃/0.01~0.1 s^(-1)。此外,在高温低速率条件下(1060~1120℃、0.01 s^(-1)),尽管合金具有较高的功率耗散值,但会出现混晶组织和晶粒粗化现象,也不适合作为IN783合金的热加工区间。