Ni80A高温合金电镦成形中盆状凹陷的形成机理

大规格气阀在电镦成形过程中经常存在盆状凹陷缺陷,并伴随混晶组织,缺陷对工件的显微组织和力学性能影响较大。为了分析盆状凹陷的形成过程,建立Ni80A高温合金多场、多尺度耦合的电镦有限元模型。随后,通过改变力、电流参数的初始值、峰值和水平,设计一系列力和电流参数加载路径方案,模拟并揭示参数对盆状凹陷和混晶结构的影响。结果表明,电镦成形过程中加热速度和加压速度的变化导致坯料内外层的流速不同,从而产生盆状凹陷。通过力和电流参数的协调,可以对这些缺陷进行优化。最后,通过电镦工艺的物理实验验证有限元模型的有效性和可靠性。

镍基高温合金低能孪晶界密度与热塑性变形参数的响应关系

为深入理解甚至描述热塑性变形过程中低能孪晶界密度(BLDΣ3n)的演化,建立以平均晶粒尺寸和储能为变量的改进孪晶密度模型。对于Nimonic 80A高温合金,在温度范围1273~1423 K、应变速率范围0.001~10 s−1下进行等温压缩和EBSD实验,基于EBSD数据统计的晶粒尺寸和BLDΣ3n结果对其孪晶密度模型进行求解。通过建立等高线叠加图,揭示BLDΣ3n与晶粒尺寸和储能随温度和应变速率变化的对应关系。结果表明,BLDΣ3n随储能的增加和晶粒尺寸的减小而增大;高的BLDΣ3n和细晶组织对应较低的温度和较高的应变速率。这种对应关系最终可以用Nimonic 80A合金改进孪晶密度模型表示,该模型的预测容差为2.8%。

镍基高温合金热塑性变形晶粒细化与粗化的博弈关系及演进

为深入揭示Ni80A镍基高温合金热塑性变形过程中晶粒细化与晶粒粗化之间的博弈关系及演进,基于晶粒细化等温变形实验和晶粒生长粗化实验分别建立了动态再结晶和晶粒生长数学模型。结合所建数学模型和有限元分析发现,Ni80A镍基高温合金在热塑性变形过程中动态再结晶晶粒细化和晶粒生长粗化的博弈关系及演进共同决定了晶粒尺寸的非线性演变。本工作绘制了两种晶粒尺寸演变机制的博弈关系图并分析其对晶粒尺寸的单独及耦合作用。结果表明:变形初期晶粒生长粗化占主导地位,变形中后期动态再结晶晶粒细化占主导地位,整个热塑性变形过程中二者相互博弈,共同影响试样的晶粒尺寸。

Nimonic 80A镍基高温合金静态再结晶行为

采用Gleeble-1500热模拟实验机对Nimonic 80A高温合金进行了双道次热压缩实验,研究了该合金在变形温度1050～1150℃,应变速率0.01～2.5 s-1,预应变0.08～0.14,不同间隙时间（0.5～5 s）下的静态再结晶行为。得到了Nimonic 80A高温合金不同变形条件下的真应力-应变曲线及变形后奥氏体晶粒组织,分析了变形温度、应变速率和预应变对该合金静态再结晶行为的影响。结果表明：变形温度、应变速率和预应变对Nimonic 80A高温合金的静态再结晶行为有着显著的影响。Nimonic 80A高温合金静态软化分数随着变形温度、应变速率和预应变的增大而增大,且静态再结晶晶粒尺寸随着温度的升高或应变速率的降低而增大。根据实验结果,建立了Nimonic 80A高温合金静态再结晶动力学模型。将静态再结晶动力学模型预测结果和实验结果进行比较,二者吻合良好,表明本文提出的模型可以较为准确的预测Nimonic 80A高温合金静态软化行为。

Nimonic 80A合金螺栓的组织织构及高温应力松弛行为

利用SEM与EBSD技术研究Nimonic 80A高温合金螺栓的组织织构特点,并对不同温度下的高温应力松弛行为及组织织构演变进行分析。结果表明,合金中γ相组织未形成显著织构,晶粒取向择尤情况与晶粒尺寸无对应性。合金中第二相主要为γ′相与Cr的碳化物,γ′相在基体中弥散分布,而Cr的碳化物分别在晶界析出和沿螺栓轴向“链状”分布,其分布特征与γ晶粒组织及取向无显著关联性。应力松弛前后,晶粒组织、碳化物分布及织构均无明显变化,但γ′相发生了一定的粗化。载荷一定时,温度对应力松弛行为存在显著影响,即较高温度下样品的应力松弛率较高。较高温度下位错滑移更易开动,与样品中更多晶粒表现出较高晶粒取向散布(GOS)值相对应,但各晶粒GOS值的高低未表现出晶粒取向与晶粒尺寸依赖性。

热处理制度对超超临界电站用GH80A合金组织和性能的影响

系统研究了不同固溶处理、固溶＋时效处理以及550～750℃长期时效10000h后GH80A合金组织和性能的变化规律。结果表明：γ’相的开始析出温度为930-950℃；冷却介质比固溶温度对冷却γ’相的影响大，水淬能够抑制GH80A合金γ＇相的析出；时效温度对一次γ’相有重要影响；双时效处理才析出二次γ’相；随固溶温度升高，合金单／双时效后的强度稍有降低而塑性升高：长期时效温度不高于700℃时合金的组织稳定性良好，一次γ’相的粗化机制在700℃以下以扩散控制为主，750℃以界面控制为主。

GH80A圆钢基于组织稳定性的热连轧工艺研究

为获得均匀细小的晶粒组织,对GH80A高温合金圆钢的热连轧工艺参数设计提出了较高的要求。针对已有轧辊孔型系统、压下规程,以实现GH80A圆钢热连轧过程的动态再结晶(DRX)为目标,把基于动态材料模型的加工图与基于有限元法的数值仿真技术相结合,对圆钢12个道次热连轧过程的轧制温度、轧制速度展开研究,构建了基于温度-应变-应变速率的三维加工图和关键节点在不同轧制工艺下的温度-应变速率-应变的空间轨迹线,通过二者的耦合,确定了GH80A圆钢12道次热连轧过程的合理工艺为:开轧温度1150℃,第1机架轧制速度0.27 m/s。该方法为GH80A圆钢实际生产热连轧工艺的制定提供了依据。