GH4720Li合金热变形过程动态软化机制

以锻态GH4720Li镍基沉淀强化型高温合金为研究对象,对合金进行了不同工艺参数下的热压缩实验。采用OM、SEM、EBSD和TEM研究了热压缩过程中再结晶晶粒的形成和晶粒内亚结构的演变规律,分析了合金在不同热变形工艺参数下的动态软化机制。研究表明,合金在所有热变形工艺参数下均发生了非连续动态再结晶行为。变形组织分析表明,高温低应变速率能够抑制非连续动态再结晶行为的发生,而提高应变速率能促进非连续动态再结晶行为,且能够获得等轴状尺寸均匀的晶粒组织。未完全溶解细小γ'强化相的钉扎作用能够使变形晶粒内形成高密度位错亚结构和亚晶界,亚晶界角度通过连续的吸收位错而不断地升高,进而以"强化相诱发连续动态再结晶"方式形成细小的再结晶晶粒组织。不同热变形工艺下孪晶界的演变规律分析表明,热变形温度与应变速率通过影响合金的动态再结晶行为来改变孪晶界的数量。     

GH4720Li合金热变形行为和相变

对GH4720Li合金在1080~1180℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的单道次压缩变形行为进行了研究。利用压缩实验的应力-应变关系曲线,计算了变形条件下的热变形激活能,建立了相应的本构方程和热加工图。结果表明:动态再结晶是GH4720Li合金的主要软化机制;合金在1120~1180℃、应变速率在0.1~1 s~(-1)、真应变0.7时实现完全动态再结晶,最佳变形温度为1120~1140℃;γ′相的析出行为引起峰值应力和热变形激活能显著变化;热变形激活能在1160℃,达到最小值602 k J/mol;应变速率达到1 s~(-1)以上,合金出现失稳现象。     

粗晶GH4720Li合金热变形行为与动态再结晶特点

为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程,采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为,分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明,GH4720Li合金在1100℃, 0.1 s~(-1)条件下应力水平达到250 MPa,且应力对热变形温度和应变速率敏感,动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率,如在变形量为60%,变形条件为1140℃, 0.001 s~(-1)和1180℃,0.001s~(-1)才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol,较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本研究,铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃,同时保证较低的应变速率,以确保动态再结晶的充分发生,实现枝晶组织破碎。     

粗晶GH4720Li合金热变形行为与动态再结晶特点

为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程,采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为,分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明,GH4720Li合金在1100℃,0.1 s-1条件下应力水平达到250 MPa,且应力对热变形温度和应变速率敏感,动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率,如在变形量为60%,变形条件为1140℃,0.001 s-1和1180℃,0.001s-1才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol,较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本研究,铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃,同时保证较低的应变速率,以确保动态再结晶的充分发生,实现枝晶组织破碎。     

GH2907合金热变形本构方程

采用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温热压缩实验,分析了GH2907合金在变形温度950℃~1100℃、应变速率0.01s_-1~10s_-1、变形量60%条件下的高温流变行为。结果表明：合金的流变应力随着变形温度的升高或应变速率的降低而显著降低。利用Arrhenius双曲正弦方程和Zener-Hollomon参数计算得出合金的热变形激活能Q为463.043kJ.mol_-1;合金的应力-应变曲线具有明显的动态再结晶(DRX)特征,变形量、变形温度以及应变速率对DRX体积分数均具有显著影响。基于应力-位错关系和DRX动力学,建立了加工硬化-动态回复和动态再结晶两个阶段的机理型本构模型,可用于描述流变应力与应变速率和变形温度之间的关系。误差分析相关系数R为0.987,预测值与实验值吻合良好,可用于表征预测GH2907合金的热变形行为。     

GH4720Li合金裂纹扩展速率的温度敏感性

测定了难变形高温合金GH4720Li在650℃、700℃、750℃及800℃空气环境下的裂纹扩展速率,并结合断口分析了在纯疲劳及保载条件下温度对合金裂纹扩展速率的影响。结果表明,随着温度升高,合金裂纹扩展速率的增长幅度变大。800℃时,合金的疲劳裂纹扩展速率急剧增大。高温下,疲劳裂纹的扩展方式发生了明显变化,650℃时断口为沿晶和穿晶混合型,700~800℃时裂纹以沿晶断裂为主。保载时间的延长,裂纹扩展速率加快,且裂纹扩展速率的温度敏感性增加。     

GH141合金和GH907合金的本构关系

在分析三种Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ型方程对建立ＧＨ１４１和ＧＨ９０７合金本构关系适用性的基础上，提出了以Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ参数为主要变量，并综合考虑温度和变形程度对流动应力影响的建立本构关系的方法。本文提出的建立本构关系的方法对变形高温合金有普适性。     

基于Al-Cu-Li合金流变行为的动态再结晶动力学与形核机制

对Al-Cu-Li合金进行温度300~500℃、应变速率0.001~10s~(-1)的等温热压缩,分析合金的流变行为:结合TEM和EBSD研究合金热变形过程中的组织演变。结果表明:合金流变曲线分为3个阶段:加工硬化阶段、过渡阶段和稳态变形阶段;变形温度越高,流变应力达到动态平衡所需应变量越小。基于应变硬化率(θ)与流变应力(σ)之间的关系,确定动态再结晶的临界应变(ε_c);不同热变形条件下的临界应变(ε_c)与峰值应变(ε_p)之比为0.30342~0.92828;临界应力(σ_c)与峰值应变(σ_p)之比为0.88492~0.99782。引入最大软化率应变(ε~*)和中间变量Z/A,建立ε_c和ε~*与Z/A的关系表达式。构建Al-Cu-Li合金动态再结晶动力学模型,模型表明,温度越高或应变速率越低,越有利于促进动态再结晶分数的增加;显微组织分析结果与模型预测规律一致。Al-Cu-Li合金动态再结晶形核机制主要为晶界突出形核机制、亚晶合并长大机制以及粒子促进形核机制,随温度升高和应变速率的降低,晶内亚晶合并长大机制得到加强。     

热压缩V-5Cr-5Ti合金的Arrhenius本构方程和动态再结晶行为（英文）

采用等温单向压缩方法研究V-5Cr-5Ti(质量分数,%)合金在温度为1423-1573 K、应变速率为0.01-1 s-1条件下的流变应力和组织演化行为。结果表明,流变应力曲线需进行摩擦力修正,摩擦因数m的测量值为0.45-0.56。采用线性回归方法拟合得到合金的Arrhenius型本构方程,拟合计算应力和实验应力的线性关系,其R2和平均绝对误差值(AARE)分别为0.948和5.44%。表观激活能Qa的取值范围为540-890 k J/mol。连续动态再结晶(CDRX)和不连续动态再结晶(DDRX)机制在热压缩合金中并存。但合金在真应变为1.5的条件下,应变软化的机制仍然以动态回复(DRV)为主。     

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。     

混晶组织对GH4720Li合金高温力学性能的影响

利用光学显微镜、场发射扫描电镜及力学性能测试等手段,研究了不同组织特征对GH4720Li合金高温拉伸和持久性能的影响。结果表明:组织B(局部混晶+一次γ′相)的650℃抗拉强度和屈服强度与组织A(均匀细晶+一次γ′相)相比有所降低;随着混晶程度的提高,组织C(完全混晶+一次γ′相)的抗拉强度迅速下降,但组织C的抗拉强度远高于粗晶组织D(粗晶+无一次γ′相)。不同持久试验条件下,合金的高温变形机制不同:730℃/530MPa条件下,组织A和组织D持久寿命相当,但从组织B和组织C可以看出持久寿命随混晶所占百分比的增加而提高,高温低应力下的变形机制主要为晶界粘滞滑动;680℃/830 MPa条件下主要变形机制是晶内位错滑移,组织A和组织B的持久性能较好,持久寿命随着粗晶所占百分比的增加而降低,同时晶界滑移同样产生一定作用,使得以粗晶为主的混晶组织持久寿命的降幅不大。     

热处理工艺对GH4720Li合金组织演化的影响

研究了热处理工艺对GH4720Li合金微观组织演化的影响。结果表明:GH4720Li合金在1160℃以下固溶处理时,晶粒缓慢长大,硬度先升高再下降;合金在1160℃及以上温度固溶处理时,晶粒快速长大,硬度单调下降。合金在650~760℃时效处理时,硬度持续升高;合金在850~1050℃时效处理时,硬度先升高再下降;随着时效处理时间的增加,γ'相的尺寸增大,并出现"方形化"的趋势。     

GH4720Li合金疲劳裂纹扩展速率的温度敏感性

测定了难变形高温合金GH4720Li在650、700、750及800℃空气环境下的疲劳裂纹扩展速率,并结合断口分析了在纯疲劳及保载90 s下,温度对合金疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,随着温度升高,合金疲劳裂纹扩展速率的增长幅度变大。800℃时,合金的疲劳裂纹扩展速率急剧增大。温度升高,疲劳裂纹的扩展方式发生了明显变化,650℃时断口为沿晶和穿晶断裂混合型,700~800℃时断口以沿晶断裂为主。保载时间延长,裂纹扩展速率加快,且裂纹扩展速率的温度敏感性增加。     

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。     

固溶温度对GH4720Li合金显微组织和力学性能的影响

通过光学显微镜、场发射电镜和力学性能测试,研究了固溶温度对GH4720Li合金显微组织(晶粒、γ′相)及力学性能的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,一次γ′相含量减少,三次γ′相尺寸增大,晶粒长大的趋势也变得明显。当固溶温度超过1120 ℃后,一次γ′相回溶迅速,晶粒长大迅速,晶粒尺寸分布不均匀性增加。固溶温度与强度呈抛物线性关系,在1130 ℃强度出现峰值;固溶温度的升高,合金塑性下降,固溶温度超过1100 ℃时塑性下降得更快。680 ℃/830 MPa持久拉伸试验表明,随着固溶温度的提高,持久时间增加,当固溶温度超过1100 ℃持久时间增加明显,但超过1130 ℃持久时间基本不变;随着固溶温度的提高,持久塑性下降,但在1110 ℃之前下降缓慢,超过该温度塑性降低很快,甚至不达标。并讨论了固溶温度-组织-力学性能之间的关联性,该结果为GH4720Li合金盘件的固溶热处理工艺的选择提供了理论参考。     

析出相特征对GH4720Li合金疲劳性能的影响

本文对不同温度固溶热处理的GH4720Li合金进行系列疲劳实验,研究合金析出相特征与疲劳性能的关联性。结果表明：固溶温度在1080℃~1120℃,合金中一次γ′相体积分数高,近球形的三次γ′相尺寸逐渐长大,晶粒组织细小、均匀,位错滑移主要是切过和绕过球形的γ′相并留下细小的滑移带,说明γ′析出相可以有效阻碍滑移带的扩展,合金疲劳性能较好;在1140℃,一次γ′相不均匀回溶,合金出现明显的混晶组织,三次γ′相形貌逐渐转变为方形,相互平行的滑移带尺寸明显增大,此时材料内部已发生较大程度的变形,材料的抗疲劳性能降低;在1180℃,一次γ′相完全回溶,合金产生粗大的晶粒组织,滑移带相互交叉,并且穿过晶界,严重降低合金的疲劳抗性。     

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金高温流变应力特征及本构方程

采用Gleebe1500热模拟机对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行热压缩,研究了该合金在应变速率为0.001~1.0s~(-1)、变形温度为250~450℃条件下的流变特性。结果表明:在应变速率为0.001s-1,变形温度为250~450℃范围内,流变应力达到峰值后随着应变量的增加而降低,呈现出连续动态再结晶特征;在其他变形条件下存在较为明显的稳态流变特征。应变速率和流变应力之间满足指数关系,变形温度和流变应力之间满足Arrhenius关系。通过线性回归分析计算出合金的应变硬化指数n以及热变形激活能Q得到了该合金在高温变形条件下的流变应力本构方程。     

FGH4096粉末高温合金的再结晶形核机制

利用OM和TEM对FGH4096粉末高温合金的再结晶组织进行了系统的观察和分析,证实有3种再结晶形核机制存在,即原始颗粒边界形核、应变诱导蝶状γ’相形核和孪晶叠加形核.通过研究微观偏析,弯曲褶皱边界的形成和孪晶叠加效应,原子扩散和位错运动建立了形核模型.     

Al-Cu-Li-Mg-Mn-Zn-Ag合金的热变形流变行为与本构方程

采用等温热压缩测试和TEM分析研究铝锂合金的流变行为与组织演化规律。结果表明:合金的热塑性变形过程受热激活控制,当变形温度低于410℃时,流变曲线具有明显的峰值应力,曲线由加工硬化、动态软化和稳定阶段3个阶段组成;当变形温度高于410℃后,峰值应力不明显。随应变量的增加,合金组织演化规律为产生大量无规则缠结位错→"多边化"形成"位错墙"→分割原始晶粒成若干亚晶→亚晶合并长大并同时经受变形→重复上述过程。应变量的增加导致大量空位产生,刃型位错更易攀移、重组和对消,晶内形成亚晶组织。求解得到合金的材料常数如下:结构因子A为2.787×1016;变形激活能Q为217.397 k J/mol;应力指数n为6.11656;应力水平参数α为0.012568 mm2/N。应变速率和温度对合金流变应力的影响可以用包含Arrhenius等式的Z参数表示。     

GH4720Li合金双道次热压缩变形过程的组织演变

对GH4720Li合金在1080~1180℃、应变速率为0.1s~(-1)条件下的双道次压缩过程的热变形行为进行研究。结果表明:动态再结晶是GH4720Li合金的主要软化机制。在双道次压缩间歇期内,合金发生亚动态再结晶、静态再结晶和晶粒长大;低于1120℃的变形间歇期,亚动态再结晶、静态再结晶和晶粒长大的速度缓慢;1120℃及以上温度的变形间歇期,亚动态再结晶、静态再结晶和晶粒长大的速度加快。随变形温度升高和第一道次变形量增大,道次间歇期的亚动态再结晶和静态再结晶速度加快。γ′相在热变形过程中发生协调变形,并发生细化。