GH690合金的氢致脆性行为研究

采用高温高压气相热充氢方法,将氢导入GH690镍基高温合金,其浓度达38.1 mg/kg.对未充氢和充氢试样以相同的应变速率进行室温拉伸试验,通过比较两种条件下GH690合金的拉伸变形行为,考察氢对GH690合金脆化行为的影响.结果表明,氢对GH690合金的屈服强度没有明显的影响,但充氢试样的屈服台阶消失,而且合金的抗拉强度和断裂延伸率明显降低.断口分析发现未充氢试样以延性韧窝断裂为主要特征,而充氢试样则表现出脆性沿晶断裂.GH690合金在拉伸变形时,氢易以Cottrell气团的形式跟随可动位错迁移至晶界,随着塑性变形的进行,位错在晶界处积聚,导致氢富集于晶界.晶界处氢的富集降低了合金的晶界结合强度,使得微裂纹易在晶界处萌生,导致沿晶断裂的发生.

温度对核电用GH690合金力学行为的影响

以国产蒸汽发生器传热管用GH690合金为研究对象，通过评价其断裂韧性及拉伸特性，结合光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析，研究了合金由室温～623K的力学性能。研究结果表明，室温下GH690合金低的层错能，易生成形变孪晶，使得合金在孪生的协调下塑性变形能力提高，同时孪晶促进裂纹扩展转向，使合金在断裂过程中吸收更多的能量，维持合金高的断裂韧性。随着温度的升高，合金的层错能增加，导致形变孪晶生成困难，合金应力集中程度加剧，裂纹从而平直扩展，合金的断裂韧性降低。由于合金的室温层错能较低，合金在拉伸时能够通过孪生协调变形，同时生成的孪晶阻碍了位错的滑移而提高了合金的强度和塑性。随着形变温度的升高，合金通过孪生协调变形的能力降低，导至合金的变形机制由孪生转变为滑移，滑移产生的加工硬化效应小于孪生，故合金的强度和延伸率随之降低。

热变形参数对GH690合金晶粒细化的影响

采用Gleeble-3500热模拟试验机进行高温等温压缩试验,研究了热变形参数对GH690合金晶粒细化的影响。结果表明:当变形程度较小时,随着真应变的增加,GH690合金动态再结晶的晶粒尺寸逐渐减小,但当真应变达到0.5后,随着真应变继续增加,动态再结晶晶粒尺寸变化不大;动态再结晶晶粒尺寸随变形温度的升高而增大,随应变速率的增大而减小。建立起热变形条件即Z参数与动态再结晶晶粒尺寸的关系。

GH690合金大型环件空冷过程温度场演化规律数值模拟

基于DEFORM-3D有限元平台,建立了Φ420/Φ280-380mm规格的GH690合金大型环件空冷过程的三维热弹性有限元模型,对难变形合金GH690大型环件空冷过程中温度场演化规律模拟仿真研究,对合理调整GH690合金大型环件冷却工艺,提高环件质量具有重要意义。

固溶工艺对GH690合金组织和硬度的影响

研究了不同固溶温度和保温时间对GH690合金微观组织和性能的影响规律。结果表明:GH690合金的晶粒尺寸随固溶温度的升高或保温时间的延长而增大,当温度超过1100℃时,晶粒长大速度加快;合金中的碳化物随固溶温度升高或者保温时间延长溶解增多,当温度超过1150℃后,合金中的碳化物被全部溶解;合金的硬度随固溶温度升高或保温时间延长逐渐降低,保温时间对合金硬度的影响弱于固溶温度对合金硬度的影响。

GH690合金热挤压工艺的研究

通过对热挤压工艺的研究,分析了影响挤压加热制度、润滑、挤压比、挤压速度等工艺参数的因素,结合GH690合金的实际情况,制订了GH690合金的热挤压工艺,成功挤压出了规格为Φ95mm×7mm的管坯,依据攀钢集团长钢公司现有设备成功开发出了GH690合金管坯的热挤压工艺路线。

坯料均匀化和固溶处理对GH690合金晶粒度及析出物分布的影响

本研究发现,GH690合金40mm方坯经均匀化处理后可有效地减少晶内析出物,同时对成品晶粒度没有大的影响;固溶温度对GH690合金晶粒度的影响遵循一般规律;固溶温度较高(1080℃)或较低(1050℃)时,固溶后的冷却方式对晶内析出物都没有明显的影响,但1070℃固溶后加大冷却速度,可显著地减少晶内析出物.

GH690合金热加工图及管材热挤压实验研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机进行高温等温压缩实验,研究了GH690合金在变形温度为950～1200℃、应变速率为0.001～10.000 s-1条件下的热变形行为,利用动态材料模型构建了GH690合金热加工图,并基于加工图进行GH690合金管材热挤压实验。结果表明:GH690合金有应力峰和动态再结晶软化的特征,在ε≥0.4时,流动应力趋于稳定状态;在热加工图中变形温度为1100～1150℃、应变速率为1.0～2.5 s-1时功率耗散效率达到0.34～0.39,该区域对应的工艺参数适合于进行GH690合金管材热挤压;在热加工图中变形温度为950～1000℃,应变速率在0.94～10.00 s-1之间的区域为不稳定变形区域,热加工时应该避开这一区域。

变形条件对GH690合金高温变形动态再结晶的影响(英文)

采用Gleeble-3500热模拟试验机进行高温等温压缩实验,研究了变形条件对GH690合金高温变形动态再结晶的影响。结果表明:GH690合金动态再结晶过程是一个受变形温度和应变速率控制的过程,在应变速率为0.001～1s-1的实验条件下,GH690合金获得完全动态再结晶组织所需的温度随变形速率的增大而升高;动态再结晶晶粒尺寸随变形温度升高而增大。采用力学方法直接从流变曲线确定了GH690合金发生动态再结晶的临界应变量,并回归出临界应变量与Z参数的关系式:εc=1.135×10-3Z0.14233。GH690合金的主要动态再结晶机制是原始晶界凸起形核的不连续动态再结晶机制(DDRX),而新晶粒通过亚晶逐渐转动而形成的连续动态再结晶机制(CDRX)则起辅助作用。

GH690合金热变形流变行为的研究

采用G leeb le-3500热模拟试验机进行高温等温压缩实验,研究了GH690合金在变形温度为950~1250℃、应变速率为0.001~10 s-1条件下的热变形行为,采用金相显微镜对GH690合金热模拟试样的纵截面变形组织进行观察。结果表明：应变速率和变形温度对合金的流变应力与变形组织有显著影响。流变应力随变形温度的升高而降低,随着应变速率的增加而升高,说明该合金属于正应变速率敏感的材料;动态再结晶晶粒尺寸随应变速率的增加而减小,随变形温度的增大而增大。采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数能较好地描述GH690合金高温变形时的流变行为,得到峰值应力表达式,GH690合金的热变形激活能Q为370.4 k.Jmol-1。

不同温度下GH690合金断裂韧性及断裂行为

选取三点弯曲试样、采用J积分方法评价了GH690合金从室温到623K的断裂韧性,考察了不同温度下合金的断裂行为。结果表明,GH690合金的断裂韧性随着温度的升高而降低。由于室温层错能较低,合金变形可以通过孪生协调进行,而形变孪晶诱导裂纹扩展转向,延长了裂纹的扩展路径,使合金表现为较高的断裂韧性;随着温度的升高,合金的层错能增加,形变孪晶生成的机率降低,裂纹扩展转向减少,导致合金的断裂韧性随之降低。

GH690合金管材热处理工艺优化

以国外Inconel 690成品管的显微组织为参照对象,对国产GH690合金管材在不同工艺条件下的固溶处理与TT处理工艺进行了研究;采用OM、SEM和TEM等表征手段分析了工艺参数对其晶粒度、晶界碳化物形貌和贫Cr区的影响。结果表明：国产GH690合金管在固溶处理过程中,随着固溶温度的提高,尺寸较大晶粒所占比例逐渐升高,长大激活能为265 kJ/mol。当固溶温度超过1100℃时,保温时间对晶粒尺寸影响显著。国产GH690合金管析出细小半连续晶界碳化物的TT处理工艺参数为680℃/10-20 h,715℃/10-20 h,750℃/5-15 h。经1090-1110℃/5 min固溶处理以及715℃/10 h或15 h的TT处理后,国产GH690合金管晶粒尺寸分布、晶界碳化物形貌特征和贫Cr区演化特征与国外Inconel 690成品管非常相似;而其TiN颗粒数量和尺寸明显少于和小于后者,贫Cr区的最低Cr浓度高于后者。通过对显微组织特征的综合评价,表明国产GH690合金管的显微组织总体优于国外Inconel 690成品管。同时,兼顾实际生产中的成本问题,提出国产GH690合金管热处理工艺优化的建议。

氢对GH690合金断裂韧性和断裂行为的影响

通过考察不同氢含量GH690合金的断裂韧性,探讨了氢对该合金断裂韧性和断裂行为的影响规律.结果表明,随着氢含量的提高,合金的断裂韧性逐渐降低,断口形貌由穿晶断裂转变为沿晶断裂.研究发现氢富集于晶界碳化物与基体界面处形成的空洞是导致合金断裂韧性降低的主要原因,且合金的氢含量越高,空洞增大的趋势越明显,从而导致合金抵抗裂纹扩展的能力越差,故断裂韧性越低.

大尺寸锻件GH690合金的热物理性能和拉伸性能

为获得国产大尺寸锻件GH690合金较为全面的热物理性能和力学性能,采用不同热物理性能测试方法和拉伸试验测定和分析了1 100℃以内GH690合金的热膨胀、热扩散率、热导率、比热容、弹性性能、密度、熔点和拉伸性能。结果表明:在1 100℃以内,GH690合金的热膨胀系数、热扩散率和热导率均随温度的升高而增加,但其弹性模量和剪切模量均随温度升高而减小。用最小二乘法建立了在1 100℃以内GH690合金的线性热膨胀、平均线膨胀系数、热扩散率、热导率、弹性模量、剪切模量与温度之间的函数关系式。合金的抗拉强度和屈服强度均随温度增加而降低,伸长率和断面收缩率随温度升高先增加后降低,在700℃降至最低。

GH690合金拉伸变形行为的温度敏感性

通过拉伸试验研究了GH690合金从298～623K的变形行为,用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察了变形组织。结果表明,合金在298K拉伸时能够通过孪生协调变形,生成的形变孪晶阻碍了位错的滑移,从而使合金获得了较高的加工硬化速率,导致合金的强度和塑性较高。随着形变温度的升高,合金通过孪生协调变形的能力降低,变形机制由孪生转变为滑移,滑移产生的加工硬化效应小于孪生,因此合金的强度和塑性随之降低。

载荷速率对饱和氢水浴中GH690合金断裂韧性及断裂行为的影响

研究采用J积分方法研究了GH690合金在饱和氢水浴条件下不同载荷速率的断裂韧性,探讨了载荷速率对断裂行为的影响机制。研究发现,当载荷速率低于0.07 mm/min时,饱和氢水中GH690合金的断裂韧性随载荷速率的降低而下降。低载荷速率下,水浴中的氢以Cottrell氢气团的形式随位错迁移到裂纹尖端,并在晶界碳化物处富集,降低晶界碳化物与基体界面之间的结合强度,导致合金的断裂韧性降低。

应变速率对GH690高温合金热变形特性的影响（英文）

为阐明应变速率对GH690高温合金热变形特性的影响,采用Gleeble-3800热力模拟试验机,通过变形温度范围为1000~1200°C、应变速率范围为0.001~10 s^(-1)的等温热压缩实验研究了该合金的热变形行为。结果表明:流变应力对应变速率变化敏感,动态再结晶是主要的软化机制;0.1 s^(-1)是1000°C热变形过程中的临界应变速率。绝热温升使得动态再结晶过程与应变速率密切相关;应变速率对热变形过程中的非连续动态再结晶和连续动态再结晶具有显著影响;孪晶可促进动态再结晶形核,Σ3~n(n=1,2,3)晶界在中等应变速率0.1 s^(-1)条件下含量较低。

热处理对GH690-Re合金组织与性能的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉伸试验机等研究了热处理对GH690-Re合金组织与性能的影响。结果表明:与热轧态组织相比,经热处理后GH690-Re合金组织有所粗化。合金的最佳热处理工艺是在1050℃固溶45 min+720℃时效9 h,组织为单相奥氏体基体+γ'析出相,晶粒大小比较均匀。室温条件下材料的抗拉强度为655 MPa,屈服强度为300MPa,合金的高强度主要来源于时效过程中从过饱和固溶体中析出的γ'相引起的析出强化。

熔炼工艺对GH690-Re组织和成分的影响

采用真空感应(VIM)+电渣重熔(ESR)技术制备GH690-Re镍基高温合金,通过AAS、OM、SEM等手段对合金组织成分进行检测分析。结果表明,GH690-Re高温合金经VIM熔炼后,显微组织为粗大枝晶,大量Cr23C6在晶界处析出。而再经ESR熔炼后,表层晶粒细化,组织为等轴奥氏体晶粒,心部为细短枝晶,晶界处无明显析出物,合金成分被优化,基本达到脱碳效果,热加工性能得到改善。

GH690-RE合金高温塑性本构方程研究

采用Gleeble-3500热模拟机对GH690-RE合金进行高温压缩变形试验,在温度为950～1200℃,应变速率为0.001～2.000s-1的变形条件下测定并分析其应力-应变曲线。结果表明,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,且流变应力特征可用经典的双曲正弦模型描述。以应力-应变曲线为基础,采用线性回归法确定了GH690-RE合金的常数,建立了GH690-RE合金的高温本构关系方程。