γ'相对U720Li合金热变形行为的影响

为了降低U720Li镍基合金锻造强度,通过改变γ'相的组织形态和析出数量的方法,研究1130℃下保温10、20和30 h后γ'相的析出形态、体积分数和显微硬度的影响,并对其进行1100～1170℃,变形速率1.0 s-1和50%变形量的热变形。结果表明,当保温30 h后,合金中γ'相形貌由方形向圆形转变,γ'相尺寸长大,体积含量最小,具有较小的流变应力。在1130℃保温30 h条件下,当变形温度低于1150℃时,析出的γ'相数量越多,对位错的阻碍作用越强烈,流变抗力越大;当变形温度超过1150℃时,合金中γ'相溶解,此时变形温度越高,合金的流变抗力越低。同时在较低温度下变形,因γ'相对晶界迁移的阻碍作用,再结晶晶粒尺寸较小,而在高温下变形再结晶晶粒长大,温度越高,再结晶晶粒越大。

镍基高温合金U720Li在750℃不同氧化阶段的恒温氧化行为

航空发动机涡轮盘服役温度的不断升高,对材料的抗氧化性能提出了更严苛的要求。U720Li合金是一种具有较高承温能力的涡轮盘用镍基高温合金,其长期服役温度高达750℃。阐明该合金在服役温度下的氧化行为,对延长涡轮盘的服役寿命具有重要意义。本文采用静态增重法测定了锻态U720Li合金在750℃的氧化动力学曲线,用XRD、SEM-EDS等手段分析了不同氧化阶段的氧化膜形貌、结构及元素分布。结果表明,U720Li合金在其服役温度下具有优异的抗氧化性能,在750℃的恒温氧化动力学曲线大致遵循立方规律,达到了完全抗氧化级别。分析认为,U720Li合金在氧化初期生成了疏松的γ-Cr_(2)O_(3),随着氧化的进行,γ-Cr_(2)O_(3)层不断剥落,氧化膜变得更加连续致密并形成复杂多层结构,且在氧化膜附近基体内形成γ'贫化层。在稳定氧化阶段,氧化膜更加连续致密并形成规整的双层结构,包括致密的α-Cr_(2)O_(3)外氧化层和α-Al_(2)O_(3)内氧化层。连续致密的α-Cr_(2)O_(3)和α-Al_(2)O_(3)层的形成能够有效阻止氧的内扩散及合金元素的外扩散,保障了U720Li合金的优异抗氧化性能。

定向凝固U720Li合金的高温塑性变形行为

采用热模拟实验研究了定向凝固与等轴晶U720Li合金的高温塑性变形行为,利用OM,SEM和EBSD分析了不同变形条件下合金的组织特征及动态再结晶机制.结果表明,定向凝固与等轴晶合金的变形抗力均随变形温度升高而降低.定向凝固U720Li合金沿垂直柱状晶方向变形时变形抗力较低,枝晶间协调变形能力良好,未出现裂纹.与等轴晶合金相比,相同变形条件下定向凝固合金的动态再结晶组织均匀;高温塑性变形过程中,定向凝固合金的动态再结晶主要以晶界弓弯和位错塞积方式形核.定向凝固U720Li合金的变形激活能为766 k J/mol,比等轴晶合金降低了38.6%,定向凝固合金呈现出更好的热加工特性.

U720Li合金高温变形行为及变形机理研究

对U720Li合金的高温变形行为进行了系统的研究。通过对该合金高温变形过程中力学行为特征及组织演变规律的分析与计算,得出了不同应变速率、不同变形温度下应变速率敏感性指数m值、变形激活能Q值和晶粒指数P值的变化规律。分别绘制动态材料模型热加工图及包含位错数量的U720Li合金高温变形机理图。应用动态DMM热加工图分析了合金的适合加工区间。运用U720Li合金高温变形机理图,根据不同温度下U720Li合金柏氏矢量补偿的晶粒尺寸、模量补偿的应力值预报了该合金的高温变形机理。

U720Li镍基高温合金不同失稳判据的热加工图

在Gleeble-1500D热模拟试验机上对U720Li镍基高温合金进行高温压缩模拟试验.在Gegel提出的动态材料模型（DMM）概念的基础上,分别对Prasad,Gegel,Malas,Murthy,Semiatin几种不同的失稳判据进行综合分析与比较,并结合该合金在高温压缩变形过程中的显微组织演变规律得出以下结论：在温度为950~1 050℃,应变速率为5×10-4~10-1s-1的区域U720Li合金功率耗散率值均大于40%,并且在此区域内变形时该合金没有出现流变失稳现象.因此,该合金在此区域内适合成形加工.

U720Li高温合金热变形行为研究

镍基高温合金的抗蠕变、抗疲劳、抗氧化腐蚀性能优越,而且断裂韧性和组织稳定性良好,新型镍基变形高温合金Udimet 720Li(U720Li)因其优异的综合力学性能和化学性能,被认为是燃气涡轮发动机中理想的涡轮盘材料。本文使用Gleeble-1500热模拟实验机对U720Li合金在温度为900℃~1150℃、应变速率为5×10^-4s^-1至10s^-1、变形程度为60%的条件下进行热压缩实验,并以压缩实验所得数据为基础,研究U720Li合金热变形行为过程,计算U720Li合金高温变形过程中应变速率敏感性指数m值、变形激活能Q值,并利用Arrhenius的指数方程构建其高温本构方程。

U720Li高温合金热变形组织及机制

本文通过观察微观组织分析应变速率和变形温度对U720Li合金的热变形行为的影响,得出在变形初期,加工硬化占主导地位,不断增殖的位错推动真应力值迅速随着真应变而升高,继而达到峰值;到达峰值应力之后,随着变形量的继续增加,由于动态回复和动态再结晶的软化作用逐渐明显,加工硬化的效果失去主导地位,真应力值开始下降,而后硬化软化的作用均下降且影响力相近,应力值趋于某一恒定值。

U720Li高温合金热加工图

通过origin软件绘制U720Li合金的DMM加工图,结合失稳判据,利用其得出最佳加工工艺参数范围。本研究工作对于U720Li合金工艺制定和理论模拟具有一定实践意义和理论价值,为后续制定U720Li合金的加工工艺和优化工艺参数提供了理论基础。

加热工艺对难变形高温合金U720Li中γ'相溶解及晶粒长大行为的影响

变形前的加热工艺对高温合金的热加工性能具有重要影响。本研究通过开展等温加热实验研究了难变形高温合金U720Li中γ'相特征及晶粒组织随加热温度及保温时间的演变行为,进而为改善其热加工性能提供理论指导。为了更准确地描述γ'相和晶粒的特征,本实验采用电解腐蚀与化学腐蚀试样相结合的方法开展研究。结果表明,一次γ'的面积分数及尺寸随加热温度的升高及保温时间的延长逐渐减小。细小二次γ'比粗大一次γ'更易溶解,前者在1100℃保温30 min就可完全溶解,而后者在1180℃保温30 min才能完全溶解;一次γ'的不断溶解减弱了其对晶界的钉扎作用,导致合金的平均晶粒尺寸随加热温度升高及保温时间的延长逐渐增大,且在1180℃(高于γ'溶解温度)短时保温就发生了晶粒异常长大现象,形成混晶组织。最后,根据不同加热条件的晶粒长大行为,建立了U720Li合金在1050~1160℃的晶粒长大动力学模型。