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。     

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。     

6063铝合金双道次热变形微观组织演变

采用Gleeble-1500热模拟试验机对6063铝合金进行双道次热轧试验,分析了合金在变形温度为300~500 ℃,应变速率为0.001~0.1 s^-1,道次间停留时间10~90 s时的流变应力和微观组织。结果表明:随着道次间停留时间增长,第二道次屈服应力减小;温度与道次间停留时间对合金的静态软化率有较大的影响。低温大应变速率短道次间停留时间下试样的强化相较多,其形貌为长条状与圆形;高温低应变速率长道次间停留时间下试样的强化相数量有所减少,其形貌以圆形为主。通过能谱分析可知,试样中的强化相以AlFeSi为主,长条状强化相为6 μm左右,圆形强化相尺寸约2 μm。     

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。     

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。     

GH4169合金热变形微观组织演变模型

基于等效位错密度建立GH4169高温合金的本构方程及微观组织演变模型,通过遗传算法结合热模拟压缩实验结果对模型参数进行求解;对有限元模拟软件DEFORM-3D进行二次开发,模拟工件的镦粗成形,得到了工件平均晶粒尺寸和再结晶百分数的分布情况,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,二次开发的软件对微观组织演变的模拟结果与实验结果的平均误差在10%左右,验证了GH4169合金本构方程和微观组织演变模型的准确性,以及对软件二次开发的可行性。     

热加工过程GH720Li合金组织演变行为研究

对GH720Li合金棒材开展了不同变形温度和变形量的等温镦粗及热处理试验,采用金相显微镜(OM)观察了各工艺的显微组织。结果表明,一火50%变形过程的动态再结晶不充分,组织保留较多的变形态原始晶粒;两次加热50%+50%变形后得到细晶组织,且随变形温度升高,组织细化程度增加。各锻态组织经固溶热处理后均可得到ASTM 9.0级以上的均匀细晶。两火变形时,中间态变形晶粒在火次间保温过程发生静态再结晶,变形温度1115℃和1130℃时,火次间保温后组织完全细化为等轴细晶,该晶粒在第2火锻后进一步细化至ASTM 12.0级以上。变形温度1100℃时,火次间保温过程静态再结晶不完全,残留的变形晶粒可通过后续累积变形逐步破碎。     

GH4738合金均匀化过程组织演变及热变形行为

采用OM、SEM及EDS研究了均匀化处理对铸态GH4738合金的晶粒尺寸、偏析程度、组织及热变形行为的影响,分析了经热压缩变形实验后合金的偏析程度、晶粒尺寸,以及再结晶程度,并绘制应力应变曲线,考察合金的变形抗力。结果表明,均匀化处理过程中,样品晶粒直径增大,偏析程度减小。部分均匀化处理后的样品,再结晶程度较高,变形抗力较小。建议采取部分均匀化处理的方式,保留少量的枝晶组织在样品中,这样既可节约能源,又可提高开坯的再结晶率。     

GH4141高温合金热变形行为及组织演变

通过热压缩实验研究了经均匀化处理后的GH4141合金在变形温度为1000～1200℃和应变速率为0.01-5 s^-1条件下的热变形行为,构建了GH4141合金的热变形本构方程,并分析了热变形过程中微观组织的演变规律。结果表明,GH4141合金的峰值应力和峰值应变均随着变形温度的升高和应变速率的减小而显著降低。当变形温度为1100～1150℃时,由于动态再结晶的发生,动态软化逐渐与加工硬化达到平衡,流变应力基本不变,真应力-真应变曲线趋于平稳状态。基于Zener-Hollomon参数的双曲正弦模型可以很好地描述GH4141合金热变形过程中峰值应力与变形温度和应变速率的关系。GH4141合金热变形过程中的再结晶程度随着变形温度升高、应变速率减小和变形量增加而增加。当变形温度≥1100℃,应变速率为0.01～0.1 s^-1,变形量≥50%时,合金发生完全动态再结晶。     

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。     

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%。     

GH4065A镍基高温合金多道次压缩变形组织演变规律

使用不同应变速率、不同应变量的阶段式降温工艺对GH4065A镍基高温合金在多道次压缩变形过程中的组织演变进行研究。结果显示：通过两道次各50%的压缩量即累积75%的工程应变量可以获得与相同温度、相同应变速率下单道次70%工程应变量接近的完全再结晶且晶粒细小的组织,即累积真应变达到1.39以上。每道次低于50%的工程应变量易产生未完全再结晶的“项链组织”或导致晶粒粗大。通过Deform模拟的直径为Φ508 mm的铸锭开坯过程显示,设置的变形工艺可实现在两镦两拔的情况下,使坯料中心部位的累积等效应变达到1.39以上,组织完全再结晶,而两端部分还有部分累积等效应变未能达到1.39,需要第3火次的变形以实现完全再结晶。变形过程中的晶粒粗大问题需要通过调节γ′相的析出来控制。     

变形工艺参数对GH4169合金热变形组织演变的影响

通过高温热压缩实验,分析了不同变形温度、应变速率和变形程度对GH4169合金显微组织演化的影响规律。结果表明,当变形温度小于940℃时合金为混晶组织,当变形温度高于1 020℃发生了完全的动态再结晶;理想的加工工艺参数为应变速率小于0.01 s-1,变形温度在980~1 020℃之间,获得的热变形组织为均匀的等轴晶组织。     

热变形工艺对GH720Li合金棒材颗粒状未再结晶组织演变行为的影响

为了破碎GH720Li合金棒材中颗粒状未再结晶组织,进行了不同工艺参数下的热压缩变形试验,采用OM观察了各工艺下的显微组织。结果表明,热变形过程中,颗粒状未再结晶组织由颗粒边缘向心部逐渐被破碎。变形温度越高,变形量越大,未再结晶组织的破碎程度越大。1100℃变形时,75%的变形量仍无法完全破碎未再结晶组织,高、低温复合变形能破碎未再结晶组织,但高温变形时长大的晶粒无法在低温变形时细化。     

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...     

热处理工艺对GH4720Li合金组织演化的影响北大核心CSCD

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。     

镍基高温合金GH4698的热变形组织演变机理

采用热模拟等研究方法,对不同变形工艺条件下的GH4698热变形组织演变机理开展了研究。结果表明:高温低速变形有利于动态再结晶进行,材料发生完全动态再结晶的初始变形温度大于1150 ℃;从工程角度出发,合金初始变形温度推荐1200 ℃,采用低速变形原则(0.01~0.1 s^-1),为获得相对均匀的锻造组织,终锻温度应高于1050 ℃,锻造过程可多火次完成;经GJB 3782标准推荐多级热处理后,晶粒内部存在大量弥散分布的γ′纳米析出物,起到良好的析出强化作用。