FGH96合金挤压过程中Al2O3夹杂物的变形特征分析

通过对FGH96合金中非金属夹杂物Al2O3进行微小材料压缩试验,得到其压缩过程中的载荷--位移曲线和平均破碎点载荷.并对FGH96合金在成形温度1000℃,1050℃和1100℃,应变速率1.0s-1,0.1s-1.0.01s-1和0.001s-1下进行热模拟试验,得到高温下FGH96合金的交形规律.结合以上两组数据,对FGH96合金进行了挤压过程模拟,模拟结果表明挤压筒内部的合金应力值较高且分布均匀,但挤压模坡口处合金的应力值较低且变化较大.针对以上模拟结果,对Al2O3,夹杂物进行了单向压缩和双向等压两种应力状态下的模拟分析.结果表明,在双向等压条件下,FGH96合金中的Al2O3,夹杂物只有在其周围基体应力较高时,会在棱角处发生破碎,且碎裂程度较小;而在单向压缩应力状态下,Al2O3,夹杂物较容易发生破碎,且破碎程度较大.     

FGH96合金挤压变形工艺数值模拟

利用DEFORM-3D有限元软件对FGH96合金挤压工艺进行了研究,通过正交试验设计的方法研究了坯料温度、挤压速度、摩擦条件、模具锥角和模具工作带长度对挤压载荷的影响;同时具体研究了挤压速度和模具锥角对挤压载荷和挤压件温度的影响,以及不同条件下的等效应变的分布规律,并对挤压过程中可能出现的缺陷进行了预测,为工艺实验的研究提供了参考.     

FGH96合金动态再结晶行为的研究

利用Gleeble-1500热模拟试验机对FGH96合金在不同热变形制度下的动态再结晶行为进行了研究。结果表明:在较高应变速率下(>2×10-3s-1),合金流变曲线呈明显的动态再结晶特征,低应变速率下(5×10-4s-1)呈现明显的动态回复特征;变形温度、应变速率和应变量对获得细晶组织都有重要的影响,但应变速率对动态再结晶晶粒大小影响最为显著,动态再结晶晶粒的平均晶粒尺寸大小-D与Z参数满足如下关系:ln-D=7.617-0.0134lnZ;利用加工硬化率和应变的关系曲线确定了该合金的稳态应变sε,建立了该合金的动态再结晶状态图。     

热等静压态FGH96合金的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟压缩试验机对热等静压态FGH96合金进行了不同温度和应变速率的等温热压缩试验,研究了FGH96合金在变形温度分别为1040、1070、1100、1130 ℃,应变速率为0.001、0.01、0.1和1 s^-1,最大真应变为0.7条件下的高温热变形行为,分析了真应力-真应变曲线,建立了本构方程,并利用Origin软件构建了热加工图,结合变形温度和应变速率对组织的影响确定了FGH96合金合适的热加工参数。结果表明,热等静压态FGH96合金的真应力-真应变曲线呈现典型的动态再结晶特征,其峰值应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增加,结合本构方程、热加工图以及微观组织确定了FGH96合金合适的热加工区域为变形温度1060~1080 ℃,应变速率0.0001~0.004 s^-1。     

FGH96合金挤压过程的数值模拟与试验研究

根据刚塑性有限元理论,基于DEFORM-3D软件平台,对FCH96合金不同参数(摩擦因子、模具与坯料之间的热传导系数)下的挤压过程进行了模拟研究.获得了挤压载荷、温度变化、等效应变场以及金属流线等规律,从而为FGH96合金的实际挤压过程提供了参考,为工艺参数的优化提供了基础.研究成果在实际应用中,得到了良好的挤压件.     

FGH96合金的热塑性变形行为和工艺

通过高温热压缩实验,得到了不同温度和不同应变速率条件下热等静压FGH96合金的真应力-应变曲线,在此基础上,建立了FGH96合金热塑性变形过程中的热加工图.通过对材料微观组织、应力应变响应及热加工图的对比分析,确定了优化的热塑性锻造窗口,提出了FGH96合金细晶盘坯锻造工艺.根据优化的热塑性锻造窗口,利用等温锻造工艺锻造出无开裂的细晶粒盘坯.     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响

通过人工植入夹杂物的方法,制备含不同尺寸Al2O3和SiO2夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量研究了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了低周疲劳寿命与夹杂物特性的关系.结果 表明,应变幅为0.8％时,疲劳源区以...     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响及寿命预测

本文通过人工植入Al2O3 和SiO2夹杂物的方法,制备含不同尺寸夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量分析了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了夹杂物特性与低周疲劳寿命的关系。结果表明,应变幅为0.8%,疲劳源区以内部夹杂物为主;当应变幅为0.9%时,疲劳源区为表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大;当应变幅为1.0%和1.2%时,疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面;随应变幅自0.8%增至1.2%,源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在应变幅为0.8%时,建立了内部和表面夹杂物面积与低周疲劳寿命的定量关系式,研究了夹杂物种类对低周疲劳寿命的影响,在一定夹杂物尺寸范围内,SiO2夹杂物比Al2O3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大,其原因在于SiO2夹杂物周围由于γ’相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命,同时,研究了夹杂物距试样表面距离与低周疲劳寿命的关系。     

FGH96粉末高温合金双道次热变形行为及其本构方程

采用Gleeble-1500热模拟试验机对FGH96合金进行双道次变形量为45%+25%的等温热压缩实验,研究了变形温度为1050~1125℃,变形速率为0.001~0.1 s-1的热变形行为和组织变化,建立了包含应变量、变形温度、变形速率的双道次热变形本构方程,结果表明:FGH96合金的第1道次和第2道次的压缩应力应变曲线有相同的变化规律,两道次流变应力均受到γ′溶解以及由此造成晶粒长大的影响;由本构方程计算的模拟值与实验实测值具有良好的拟合性,模拟值能真实地反映应力在不同变形条件下的变化规律;选择变形温度:1075~1100℃、变形速率:0.01~0.1 s-1时能获得理想的热变形组织。     

FGH96合金静态再结晶行为的研究

研究了FGH96合金在再结晶退火中的静态再结晶行为,并对再结晶机理进行了讨论与分析。结果表明：在较大冷变形量下,FGH96合金的静态再结晶在很短时间内完成,再结晶组织中有大量的孪晶组织。冷变形造成γ’/γ,界面上的位错塞积,再结晶形核方式形核有亚晶粗化形核和应变诱导晶界移动（SIBM）方式。γ’相在应变诱发晶界迁移（SIBM）机制中起到两方面作用：一为冷变形在γ’/γ界面上形成高密度的位错塞积,这为晶界单向移动并为最终的再结晶形核提供驱动力,二是再结晶晶粒晶界的移动速度（即晶粒的长大）受到γ’相的分解速率控制。     

挤压工艺参数对FGH96合金棒材显微组织的影响

对FGH96合金进行了不同挤压工艺参数的热挤压变形,研究了挤压温度、挤压比、挤压速度对FGH96合金热挤压棒材的晶粒组织和γ′相的影响,以及γ′相对再结晶晶粒长大的影响.结果表明:在实验选定的挤压工艺参数范围内,FGH96合金均发生了动态再结晶,随着挤压温度的升高,再结晶晶粒尺寸增大;在FGH96合金棒材的显微组织中,...     

惯性摩擦焊接过程中FGH96合金流动行为仿真分析

以FGH96合金为研究对象,结合有限元模型,分析了摩擦界面上FGH96合金的塑性流动规律。结果表明,FGH96合金在摩擦焊过程中,初始的转速最快,随着时间的增加,转速逐渐降低;惯性摩擦焊进行到8 s时,飞边部分温度相对较高;FGH96合金传热时,界面飞边部分的温度要大于心部的温度。     

FGH96合金锻造盘坯热处理过程中的晶粒长大行为

研究了等温锻造后的FGH96合金盘坯件在热处理过程中的晶粒长大规律。结果表明,当热处理温度低于1050℃时,盘坯轮心部位的晶粒几乎不长大;当热处理温度高于1120℃时,轮缘部位晶粒长大迅速;在单相奥氏体区,晶粒的长大规律满足Beck方程,其生长指数随温度升高而增加。当温度一定,初始晶粒越细,其长大速率越快并且生长指数值越高。建立了轮缘部位的晶粒长大动力学方程。     

非金属夹杂物对FGH95合金微观拉伸行为的影响

通过扫描电镜原位拉伸实验，动态跟踪观察了2种非金属夹杂物对FGH95合金裂纹萌生和扩展的影响规律。结果表明，裂纹在夹杂物处萌生，塑性莫来石类夹杂的尖角处，是裂纹萌生的择优位置。在最大正应力和最大剪应力的作用下，裂纹沿与主应力轴垂直或约45°向夹杂内部扩展。当裂纹扩展到基体中之后，呈锯齿状向基体内扩展，但主裂纹所在平面仍与主应力轴垂直，其尖端变形带内有明显的滑移线出现。夹杂物附近基体中的贫γ′相区，断口呈韧性沿晶断裂，而远离夹杂物的基体处则变为穿晶断裂。     

非金属夹杂物在镍基粉末高温合金中的变形行为

对人工掺入FGH96合金中的Al2O3、SiO2及莫来石三种夹杂物在等温锻造过程中的变形行为进行了研究,并对夹杂内部及其周围基体中的等效应力和等效应变分布进行了模拟。结果表明,夹杂内部的应力集中是使其破碎的原因,较大的剪切应变导致其一维方向的尺寸变大,使裂纹极易在夹杂处萌生并扩展,从而增大了对基体材料的危害性。但夹杂的种类不同,在变形过程中表现出的行为特征也不尽相同：Al2O3呈破碎的“链状”分布;SiO2只发生局部破碎;莫来石呈“薄膜”状分布。通过大的变形量和挤压比,可降低非金属夹杂物对粉末高温合金盘件工程化应用的影响。     

FGH96合金等温变形力学性能研究

研究了FGH96合金等温变形过程流形应力曲线，应变速率敏感性指数m，变形本构关系模型等，为FGH96合金盘件锻造变形有限元模拟计算奠定了基础。     

夹杂物尺寸及分布对FGH97高温合金低周疲劳性能的影响

利用扫描电子显微镜、能谱仪、金相显微镜、低周疲劳试验机研究了镍基粉末高温合金FGH97材料650℃低周疲劳性能与断口夹杂物尺寸、面积及分布的关系。结果表明:FGH97热等静压材料低周疲劳裂纹源主要由非金属夹杂物引起。非金属夹杂物尺寸小于临界值(约80μm)时,夹杂物尺寸和位置对650℃最大应力980 MPa低周疲劳寿命无明显影响,疲劳寿命均值达到190 992周次。当夹杂物尺寸超过临界值(约80μm)时,则夹杂物尺寸越大,越靠近表面,低周疲劳寿命越低。因此,控制夹杂物尺寸是提高FGH97高温合金低周疲劳寿命的有效方法。     

预处理过程中FGH96合金粉末中的碳化物演变

采用扫描电镜、透射电镜等手段研究了预处理前后FGH96合金粉末颗粒中的碳化物演变。结果表明:粉末在快速凝固过程中会析出不同形貌的MC’型亚稳态碳化物,MC’碳化物中含有较多的弱碳化物形成元素,不同形貌的MC’型碳化物的化学组成与点阵常数具有一定的差异。在粉末预处理过程中,粉末颗粒内部形成的亚稳态MC’型碳化物逐渐转变为稳定MC型碳化物,同时可形成M23C6和M6C碳化物;转变后的MC型碳化物形态以规则块状为主,成分上以强碳化物形成元素Ti,Nb,Zr为主。     

不锈钢包覆层对挤压态FGH96合金表层组织的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针显微分析研究了热挤压镍基粉末冶金超级合金FGH96与304不锈钢(304SS)之间的界面,研究了 304SS包覆层对挤压态FGH96合金表层组织的影响.结果表明,两合金间的界面结合良好,无缝隙或空洞.在FGH96合金表层生成一条尺寸约500nm的TiC颗粒相流线,TiC颗粒相的形...     

FGH96合金中γ＇相的高温粗化行为

利用热力学计算，SEM分析研究了FGH96合金中的γ’强化相的高温粗化规律，并对γ’相的粗化行为进行了动力学分析。结果表明：随着合金中组元Nb和Ti/Al值的变化，FGH96合金中γ＇相的溶解温度区间为1088℃-1125℃，在高温热处理过程中，随着保温时间延长，合金中小γ＇相数量减少，单位面积内的γ＇颗粒数目减少，大γ＇颗粒数目明显增加，即发生了Ostwald熟化；γ＇相粗化遵循L-S-W理论，即：γ^-1xt,γ＇相的粗化激活能Q=293.6kJ/mol,γ＇颗粒的粗化主要由Ti和Al在基体中的扩散所控制。