GH4169合金DP工艺中的热变形行为及应变补偿本构模型

针对GH4169合金的Delta工艺(delta process,DP),以δ时效处理后的GH4169(delta processed GH4169,DP-GH4169)合金为研究对象,用Gleeble-3800热/力模拟试验机在温度为954~996℃和应变率为0.005~0.1 s^(-1)下对DP-GH4169合金进行等温恒应变率压缩试验,分析其热变形行为。基于Arrhenius模型和考虑应变对材料参数的影响,建立DP-GH4169合金的应变补偿本构模型。结果表明:DP-GH4169合金热变形中的主要软化机制为动态再结晶和片层状δ相球化;当应变率高于0.01 s^(-1)时,合金发生了不连续屈服行为;当应变大于0.8后,由于加工硬化作用大于软化作用,流动应力和变形激活能随应变增大而增大;建立的应变补偿本构模型具有较好的预测精度,线性相关系数R和平均相对误差分别为0.9915和4.2498%,能用于表征DP-GH4169合金热变形时的流动应力。

一次γ′相对GH4151合金高温变形特性及动态再结晶行为的影响

以锻态GH4151合金作为研究对象,分析了不同热处理温度及保温时间对一次γ′相析出回溶规律的影响,确定进一步循环热处理的参数;进而,通过循环热处理改变一次γ′相的形态及分布,并对经循环热处理后的试样进行热压缩试验,采用电子背散射衍射(EBSD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等分析一次γ′相对GH4151合金的高温变形特性及动态再结晶行为的影响。结果表明:1130℃保温15 min,GH4151合金的γ′相回溶现象比较明显,晶界处的一次γ′相分布较均匀,因此选定1130℃保温15 min作为进一步循环热处理的基本参数;随着循环热处理次数的增加,钉扎于晶界处的一次γ′相更加细小弥散圆润,在高应变速率下,合金流变应力提升显著;晶界一次γ′相的存在,使得GH4151合金在热变形过程中动态再结晶机制主要为γ′相诱导动态再结晶及连续动态再结晶。

铸态GH4169高温合金的热变形行为及显微硬度变化

采用Gleeble-3500热模拟试验机对铸态GH4169镍基高温合金在不同变形温度(900~1150℃)、不同应变速率(0.001~1s^(-1))及压缩量为50%的条件下进行了热压缩实验。研究了GH4169镍基高温合金在不同变形条件下的真应力-真应变曲线,利用Arrhenius双曲正弦函数结合Z参数,构建了合金热变形的本构关系并探讨了加工硬化行为,最后对其显微硬度进行了测试。结果表明,该合金的流变应力随变形温度升高而降低,但随应变速率升高而升高。所建立的本构方程可以较好地描述该合金热变形过程中的行为。随应变速率下降或变形温度的增加,合金的显微维氏硬度整体表现为下降的趋势。再结晶晶粒细化导致相应的显微维氏硬度增加。

冷拔态GH4738合金热变形本构方程及热加工图

目的研究紧固件用冷拔态GH4738合金棒材在不同工艺参数下的热变形行为,为紧固件热加工工艺参数优化提供理论指导。方法采用Gleeble-3500热模拟实验机对冷拔态GH4738合金棒材在变形温度1000~1080℃、应变速率1~10 s^(−1)条件下进行了热压缩实验,变形量为50%。计算了该合金的材料常数和变形激活能Q,建立了基于峰值应力的冷拔态GH4738合金的本构方程,根据动态材料模型理论绘制了冷拔态GH4738合金的能量耗散图和失稳图,获得了合金在不同应变下的热加工图,并讨论了显微组织演变情况。结果冷拔态GH4738合金的流变应力随着变形温度的增加或应变速率的减小而降低。线性回归的相关系数证实了描述该材料热变形行为的本构方程的准确性。基于冷拔态GH4738合金的热加工图及显微组织验证结果可得,冷拔态GH4738合金的主要失稳区工艺参数区间为1000~1035℃/0.12~3s^(−1),1030~1072℃/0.25~10 s^(−1)和1075~1080℃/2.72~10 s^(−1)。热加工较佳工艺条件为1000~1028℃/0.02~0.14 s^(−1)和1040~1080℃/0.06~0.74 s^(−1)。结论通过对冷拔态GH4738合金热变形本构方程和热加工图进行研究,获得了冷拔态GH4738合金优化的热变形工艺参数,可用于指导冷拔态GH4738合金的紧固件热加工成形。

锻造变形与固溶处理对GH536合金锻件晶粒及硬度的影响

通过锻造变形量及固溶工艺参数的变化,研究了GH536合金锻件晶粒度及硬度的变化规律。试验结果表明:镦粗变形后,锻件晶粒尺寸有减小的趋势,但变形程度对锻件晶粒影响不大,锻件晶粒与变形前相当;固溶处理温度影响GH536合金锻件的晶粒尺寸及硬度,固溶保温时间对GH536合金锻件的晶粒及硬度影响不大。

GH4065A高合金化变形高温合金未完全再结晶组织及其对疲劳性能影响

对GH4065A高合金化变形高温合金未完全再结晶组织进行了表征分析,并通过标准棒状样疲劳测试和平板样疲劳测试,对比研究了合金均匀细晶组织试样和含有未完全再结晶组织的非均匀组织试样的疲劳性能差异,分析了未完全再结晶组织对疲劳性能的影响机理。结果表明,高合金化合金中无法完全消除的残留偏析导致未完全再结晶组织在枝晶间对应位置处产生。密集析出的小尺寸一次γ′相颗粒使得未完全再结晶组织有较高的强度和对疲劳滑移变形较高的抗力,从而未完全再结晶组织对其内部的氮化物诱发裂纹的扩展和滑移带诱发的开裂都有很好的限制作用,疲劳变形主要仍由周围完全再结晶组织承担。合金锻件中适量的未完全再结晶组织对疲劳性能无明显影响。

GH761变形高温合金的热变形行为

镍基GH761合金热模拟压缩实验表明,当变形温度T_d一定时,随应变速率(?)的降低,变形峰值应力σ_p和稳态流动开始应力σ_s及与它们对应的应变ε_p和ε_s均降低;当应变速率一定时,随T_d的升高,σ_p和σ_s以及ε_s均降低,但ε_p基本不变.细化原始晶粒可提高再结晶形核率,在此基础上降低变形温度和提高变形速率是细化最终晶粒的重要途径.当应变达到完全再结晶时,合金具有最均匀且细小的组织;超过这一应变值,晶粒开始长大.GH761合金的热变形本构方程为:(?)=6.5×10~6σ_P^(4.86)exp(-461×10~3/RT).

GH625合金热变形过程的动态再结晶行为研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对GH625合金进行不同条件的热压缩试验以研究其热变形行为。利用光学显微镜(Optical microscope,OM)、背散射电子衍射(Electron backscatter diffraction,EBSD)和透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)等手段,分析GH625合金在热变形过程中的组织演变及动态再结晶机制。研究结果表明,GH625合金在热变形过程中发生了动态再结晶,且根据变形温度的不同,真应力-真应变曲线的特征有所不同;GH625合金发生动态再结晶的临界应变与应力随着变形温度的升高而降低;GH625合金动态再结晶的晶粒尺寸及体积分数随着真应变的升高而升高,当合金完全动态再结晶后,动态再结晶晶粒的尺寸则随真应变的继续升高而基本保持不变;GH625合金的主要动态再结晶机制是在原始晶界凸起形核的不连续动态再结晶机制(Discontinuous dynamic recrystallization,DDRX),在原始晶界附近通过亚晶粗化、复合孪生形核的连续动态再结晶机制(Continuous dynamic recrystallization,CDRX)则起辅助作用。

电场处理对GH4199合金组织与变形行为的影响

将电场处理技术应用于GH4199合金,研究电场对该合金组织和变形行为的影响。结果表明:电场处理使GH4199合金塑性提高,而合金强度无明显变化;在电场强度为2 kV/cm,温度为820℃条件下,GH4199合金经5 h电场处理塑性提高26.6%;合金经电场处理后产生退火孪晶,随处理时间的延长孪晶数量增加;孪晶的出现可以改变变形过程中显微裂纹的扩展方向,增加合金塑性变形功,推迟断裂时间,从而提高合金断裂延伸率;此外,电场处理提高了合金变形均匀性,亦能改善合金塑性。

GH4199合金的热变形行为与微观组织演变

在变形温度为1050～1180℃、应变速率为0.1～10s-1、最大真应变为0.7的条件下,采用Gleeble-3500热模拟试验机研究GH4199合金的热压缩变形行为,得到该合金的热变形激活能及热变形方程式,建立合金的热加工图,并通过组织观察对其热加工图进行解释。结果表明:在实验条件下,GH4199合金均表现出动态再结晶特征;变形温度和应变速率对合金流变应力及相应峰值应变大小的影响显著,流变应力及峰值应变均随着变形温度的降低和应变速率的增加而增大;在真应变为0.1～0.7时合金的热加工图相似,随着变形温度的升高及应变速率的降低,能量消耗效率逐渐升高;在应变速率为0.01s-1时,能量消耗效率达到峰值,约为41%。

GH708高温合金热变形行为

采用Gleeble-3500热模拟机研究了GH708合金在变形温度1000℃～1200℃,应变速率为0．001 s-1～1S-1条件下的热变形行为。确定了GH708合金的热变形方程,建立了其热加工图(Processing Map),并通过组织观察对其热加工图进行了解释。GH708合金的热变形激活能Q为493 kJ／mol;不同真应变下的热加工图相似,随着变形温度的升高及应变速率的降低,能量消耗效率η逐渐升高。真应变为0．6时,在变形温度为11 50℃左右、应变速率为0．001s-1时,能量消耗效率达到峰值,约为56％。该结果为GH708合金的热加工工艺优化提供了理论依据。

GH4169合金磨削表面塑性变形层的微观结构

采用光学显微镜、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜对航空发动机常用高温合金GH4169磨削表面变质层的微观组织结构进行研究。结果表明,GH4169合金磨削表面及亚表面发生了局部剧烈塑性变形,在表面变质层内形成了剧烈塑性变形层（Severe plastic deformation layer,SPDL）。通过分析选区电子衍射图特征,确定出本试验条件下磨削表面塑性变形层的深度略大于2.2μm。根据组织特点,磨削表面的SPDL进一步可分为表面非晶层、微观剪切带和纳米晶层。表面非晶层最靠近外表面,其内主要为非晶组织和高密度的空位,但仍存在一定量的直径为1~3 nm的有序结构。微型剪切带是位于表面非晶层和纳米晶层之间、平行于磨削表面、宽度约2 nm的一条带状区域,其内组织已经完全非晶化,不存在有序结构。纳米晶层紧邻基体,主要是直径为10~150 nm的纳米晶粒,纳米晶粒内部原子排列基本有序,但仍存在大量的晶格缺陷,主要为非晶化、位错、层错和孪晶。

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.

GH4033镍基合金高温低周疲劳行为的研究

研究分析了GH4033镍基合金在400-700％的疲劳循环应力行为和疲劳寿命曲线。用扫描电镜对疲劳试样的断口进行了观察。结果表明，高温下的应变可较好地控制试验合金疲劳过程中的弹性抗疲劳性能，塑性抗疲劳性能在相同的应变范围内随温度升高而降低。

GH4033合金粗轧加热过程晶粒长大模型

以GH4033合金锻坯为研究对象,在850~1200℃的温度范围内,借助激光共聚焦高温显微镜研究了加热温度和保温时间对GH4033合金锻坯晶粒尺寸变化的影响,推导并验证了具有普适意义的适合GH4033合金锻坯粗轧加热过程的晶粒长大模型。研究结果表明:随加热时间的延长,在850~1050℃加热时,晶粒尺寸变化不显著,且呈线性长大;1100~1200℃加热时,晶粒尺寸呈抛物线性长大,加热时间低于30 min时,晶粒尺寸随温度升高急剧长大,30 min后晶粒尺寸变化不显著,45 min后出现混晶现象。用于热加工的锻坯,加热温度低于1100℃时,有利于细化晶粒;加热温度高于1100℃时,保证坯料断面均温时间处于30~45 min可有效避免混晶。

铸态GH2132合金热变形行为和热加工图

利用Gleeble−3500热模拟机的热压缩实验,研究了铸态GH2132合金在变形温度为1173~1423 K和应变速率为0.001~10 s^(−1)条件下的热压缩变形行为和微观组织演化规律,分析该合金在不同变形条件下的热变形激活能Q值、应变速率敏感指数m值、温度敏感指数s值的变化规律,基于动态材料模型(DMM)建立热加工图,结合微观组织确定出最佳热加工参数。结果表明:随着变形温度的升高、应变速率的降低,流变应力减小,GH2132合金为应变速率和温度敏感型材料。提高变形温度、降低应变速率有利于获得均匀分布的等轴晶粒。结合热加工图和高温变形微观组织确定,铸态GH2132合金合理的热变形参数所对应的变形温度和应变速率区间分别为1295~1418 K和3.07~10 s^(−1)。

GH674高温合金的热变形行为

采用Gleeble-1500热模拟机对GH674高温合金在应变速率为0.01s-1～1.0s-1、变形温度为950℃～1200℃、真应变为1的条件下的热变形行为进行了研究.结果表明,在试验研究的变形条件下,GH674型高温合金在热压缩变形过程中发生明显的动态再结晶;用Zener-Hollomon参数的指数函数能较好地描述该合金高温变形时的流变行为;所获得的峰值应力热变形方程为σp＝21.3139ln+9.580495×105/Τ-538.11638;其热变形激活能Q为373.7102803kJ/mol.

GH742合金大锭型自耗锭的热变形行为和热加工工艺

对GH742合金自耗锭(■508 mm)的热变形行为及热加工工艺进行了研究。结果表明,在试验条件范围内,GH742合金的流变应力随变形温度的降低和应变速率的提高而迅速增大,提高变形温度能够有效地促进动态再结晶过程。GH742铸锭变形温度应在1 075℃以上,变形量控制在40%～60%。新型保温技术适用于难变形高温合金的自由锻开坯。

GH625合金的热变形行为

采用Gleeble-1500热模拟试验机研究了GH625高温合金在应变速率为0.001～1 s-1、变形温度为1223～1373 K条件下的热变形行为。结果表明:当变形温度一定时,随应变速率的升高,合金的峰值应力σp和稳态流动应力σs及对应的应变εp和εs均升高;当变形速率一定时,随变形温度的升高,σp和σs以及εs均降低,但εp基本保持不变。GH625合金在热压缩变形过程中应变速率的降低和变形温度的升高均有利于动态再结晶的发生;根据应力-应变曲线,通过线性回归获得GH625合金的本构方程。