直接时效GH4169合金锻件热加工工艺研究

针对大规格GH4169合金直接时效锻件晶粒度不合格、组织均匀性差、批次不稳定的问题,本文基于有限元数值模拟技术,优化了直接时效锻件的热加工工艺。并且通过试验验证,在对击锤上生产出了满足GB/T30566标准要求的大规格GH4169合金直接时效锻件。     

GH4169合金晶界δ相析出的动力学分析

通过对固溶态及变形态GH4169合金进行时效处理,采用SEM技术研究Nb元素含量、晶界曲率对合金中δ相体积分数及尺寸的影响,讨论了δ相在弯曲界面析出的动力学规律。结果表明:GH4169合金中δ相析出的体积分数随Nb元素含量的增加而增加,δ相析出的峰值温度为920℃且受Nb元素含量的影响较小。随试样平均晶粒尺寸的减小,δ相的形核率和体积分数增加,δ相尺寸减小。小角度晶界可有效促进δ相在晶粒内部析出。随晶界曲率半径的减小,δ相形核的临界势垒和临界半径减小,晶界δ相的形核率增加。在晶界析出δ相分别呈长针状、锯齿状及鱼尾状分布。     

资源节约型GH4169合金热变形行为及热加工图

为获得组织细小均匀的资源节约型GH4169合金大型锻棒,采用Gleeble-3500型热模拟试验机研究了一种资源节约型GH4169合金的热变形行为,基于应力-应变曲线和峰值应力和应变,建立了该合金的热变形本构关系以及一种描述其流变应力行为的本构方程,并基于动态材料模型绘制了该合金的热加工图.结果 表明:该合金的再结晶激活能(Q)为467.91 kJ·mol,与高纯材料冶炼的合金相当,表明资源节约型高温合金具有与高纯材料冶炼合金相似的热加工性;该合金再结晶组织有较高热加工参数敏感性,随变形量的增加,热加工工艺参数窗口变窄.     

GH4169合金δ相的溶解行为及对变形机制的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术和透射电镜(TEM)研究GH4169合金中δ相在高温变形条件下的演变规律,分析δ相的溶解过程及其动力学机制,探讨δ相对GH4169合金高温变形动态再结晶机制的影响。结果表明:随变形温度的升高或应变速率的降低δ相含量减少,动态再结晶晶粒尺雨和体积含量增大,δ相主要以弯曲、扭折和切断等方式来协调塑性变形,并在界面能降低的驱动力下由针状逐渐转变为短针状乃至球状;在高温变形条件下,δ相的溶解时间大大缩短,位错、空位和曲率对δ相的溶解起到重要作用,这主要与其对溶质原子扩散行为的影响有关,变形过程中产生的大量高密度位借及空位为溶质原子提供了众多高速率扩散通道,促进了δ相的溶解;δ相的存在改变了GH4169合金的动态再结晶机制,其动态再结晶机制主要有δ相诱发动态再结晶形核和非连续动态再结晶形核。     

DP工艺GH4169合金热加工高通量测试方法

以经DP工艺处理的GH4169合金为对象,研究热加工高通量双圆锥台试样测试方法,利用数值模拟方法进行双圆锥台试样关键尺寸设计,探讨热加工工艺参数对双圆锥台试样等效应变场分布的影响规律,进行实际试验验证,分析晶界取向差和晶界分布特征。结果表明:摩擦因数对等效应变影响显著,随着摩擦因数的提高,试样中心位置应变量增加,应变梯度加大;随着变形温度的升高和变形速率的减小,试样中心附近的等效应变降低,能促进δ相的溶解和断裂,加快动态再结晶的发生,增大动态再结晶晶粒尺寸;经(1000℃,0.01 s-1)热变形后高通量双圆锥台试样中心由于动态再结晶导致小角晶界数量很少,统计频率仅为5.6%,外缘变形量低,晶界数量中大角晶界占比高达92.3%,晶内分布有原始孪晶;随着变形温度提高,小角晶界不断减少,孪晶数量有所增加。     

GH4169返回料合金的热加工图及热变形行为

在高温压缩试验数据的基础上,根据动态材料学模型(DMM)理论绘制了GH4169返回料合金的热加工图。采用氧氮元素分析及SEM进行分析,研究了返回料的添加对GH4169合金热变形行为的影响。结果表明:GH4169返回料合金在中、低应变速率下存在3个动态再结晶区域;在应变速率为10~(-2.5)~1 s~(-1)、变形温度为900~1 150℃的区域内,为合金的流变失稳区;返回料的添加使得合金中N、O元素的含量增加,形成大量显微疏松,成为高温变形过程中的裂纹扩展源,导致合金出现大面积的流变失稳。     

GH4169G合金均匀化过程δ相的析出变化

在研究GH4169G合金 φ120 mm铸锭均匀化制度基础上,介绍了验证合金均匀化效果的三种方法.分析铸态组织后,将试样进行不同程度的均匀化处理.通过文献结合实验确定δ相验证制度为910℃×14h,AC.合金偏析严重时,δ相呈长针状分布在枝晶间,枝晶轴未析出区比例较大;合金均匀化改善时,枝晶间δ相析出面积增大,聚集程度降低,且针状相的长度减少过渡到棒状.均匀化程度更高时,枝晶轴基本上都有δ相析出,析出相呈棒状与粒状分布,主要差别在于枝晶轴/枝晶间析出量多少及部分区域聚集析出.完全均匀化,δ相呈粒状在晶粒内均匀析出,晶界仍有针状δ相析出.     

GH4169合金热加工中微观组织模拟研究进展

系统介绍了GH4169合金热加工过程微观组织演化的物理模拟、数值模拟的研究内容和方法,以及国内外的最新研究进展。     

GH4169合金热加工中微观组织模拟研究进展

系统介绍了GH4169合金热加工过程微观组织演化的物理模拟、数值模拟的研究内容和方法，以及国内外的最新研究进展。     

长期时效对GH4169合金动态拉伸变形行为的影响

研究了长期时效对GH4169合金的显微组织和动态拉伸性能及变形行为的影响规律及机制.结果表明,应变速率为10¹—10² s^-1时,合金强度受时效时间影响显著,断裂延伸率随时效时间的延长呈降低趋势,在时效500 h后基本保持不变;高应变速率(10³ s^-1)条件下,长期时效对合金强度无明显影响,而断裂延伸率受时效时间的影响显著,长期时效造成的合金塑性劣化现象提前发生.高应变速率变形过程中,位错运动受阻来不及释放,在时效0—1000 h范围内,合金未出现强化相峰值尺寸效应,强度受时效时间的影响并不明显.长期时效后GH4169合金晶界δ相附近无析出带的产生,导致动态载荷下晶界塑性变形的协调能力降低,应变速率为10³ s^-1时,合金塑性在短时间时效后迅速下降.     

长期时效对一种GH4169合金蠕变行为的影响

通过对改进GH4169合金进行不同制度热处理、蠕变性能测试和组织观察,研究了长期时效处理对合金蠕变行为的影响。结果表明：合金经常规热处理的组织由γ、γ′、γ″相、粒状碳化物和δ相组成,其中,弥散分布的粒状γ′和椭圆状γ″相以相干方式分布在合金基体中,粒状碳化物在晶界和晶内析出,而δ相分布于晶界。蠕变期间,粒状碳化物可抑制晶界滑移,阻碍位错运动,使得合金具有良好的服役性能。由于长期时效处理增加了针状δ相的数量和尺寸,割裂了基体的连续性,蠕变期间激活的位错滑移至晶界受阻,可促使裂纹沿晶界的萌生与扩展,使长期时效后合金的蠕变寿命较低。     

GH738高温合金热加工行为

采用Gleeble-1500热模拟机对GH738镍基高温合金进行高温热压缩变形实验,分析该合金在变形温度1000~1160℃、应变速率0.01~10s-1、工程变形量15%~70%条件下流变应力的变化规律。确定GH738合金热变形方程,建立热加工图(Processing map),并通过组织观察对热加工图进行解释。GH738合金热变形激活能Q为499kJ/mol;热加工图随不同变形量而变化,在应变速率较低,温度较高的状态下,能量耗散效率较高。综合应变量为0.2,0.4,0.6和0.8应变量下的热加工图,确立了该合金最佳热加工"安全通道",为GH738高温合金热加工工艺优化提供理论依据。     

GH4169合金的冷变形行为

通过室温压缩试验、数学模型拟合、光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和显微硬度等手段,建立GH4169合金冷变形本构方程,研究了冷变形量及应变速率对GH4169合金组织和性能的影响。结果表明,GH4169合金冷变形加工硬化规律基本符合Hollomon方程,其中应变速率对加工硬化影响较小,变形量是影响加工硬化的主要因素;随着变形量的增大,晶粒的变形程度增大,晶粒内部的小角度晶界随着变形量的增大逐渐增多,并有部分向大角度晶界转化;合金的显微硬度也随着变形量的增大而逐渐增大。     

GH4169合金的高温变形行为

通过高温拉伸实验对GH4169合金的加工硬化特性进行了研究,采用扫描电镜观察其断口处的组织形貌,分析了δ相对GH4169合金塑性变形的影响。结果表明,GH4169合金加工硬化规律基本遵循Hollomon公式;合金在不同热处理制度(固溶处理、时效2 h、时效5 h、时效32 h)下的应变硬化指数n分别为0.274、0.391、0.423和0.468;δ相的析出提高了合金的抗拉强度和屈服极限,而塑性表现为先上升后下降。     

基于神经网络长期时效下GH4169合金动态拉伸行为研究

基于BP神经网络的方法,建立了长期时效下GH4169合金动态拉伸行为研究的神经网络模型.实验表明,在应变速率为101、102s-1时,GH4169合金的力学性能受时效时间影响显著,在应变速率为103 s-1时,时效时间对其力学性能无明显影响.采用BP神经网络模型的预测结果与真实实验测试结果吻合度很高,绝对误差比大多为1％～2％,采用BP神经网络的方法是切实可行的.     

GH4169合金件真空时效过程数值模拟

以VR6072型真空热处理炉为例,建立了一个二维真空热处理炉非线性有限元模型,该模型考虑了辐射传热和材料热物性随温度变化等非线性因素的影响.利用有限元软件MSC.Marc对GH4169合金件真空时效过程中的瞬态温度场变化进行了模拟计算,预测了工件真空热处理过程加热滞后时间,对整个温度场变化过程进行了试验测量,模拟结果和试验结果吻合较好,为真空热处理虚拟生产和工艺参数优化提供了理论依据.     

GH4169合金热加工过程中的显微组织演化数学模型

采用Thermecmastor—Z型热加工模拟试验机对GH4169合金热态变形过程中(温度范围为960～1020℃，应变速率范围为10^-2～50s^-1，等效应变范围为0．357～0．916和变形后高温滞留阶段内(滞留时间为0～15s)的显徽组织演化过程进行了实验研究，定量地测定了试样内的动态再结晶晶粒尺寸和再结晶体积分数。根据实验结果，指出了GH41．69合金热加工过程中的主要显微组织演化过程是动态和亚动态再结晶，确定了峰值应力和峰值应变与锻造热力参数间的关系，建立了动态再结晶和亚动态再结晶过程的运动学方程和晶粒尺寸演化模型，从而为预测和控制GH4169合金锻件的组织性能提供了依据。     

δ相对GH4169合金强韧性的影响规律

通过断裂韧度J_(0.2BL)以及冲击韧性测试研究了δ相含量对GH4169合金韧性的影响。结果表明,固溶温度从940℃增加到980℃,δ相含量从1.54%降低到0.045%,晶粒尺寸从12.59μm长大到35.21μm,δ相含量对拉伸强度无显著影响,但断裂韧度J_(0.2BL)从112 kJ/m~2增加到355 kJ/m~2,冲击韧性从35 J增加到75 J。δ相的析出会导致其周边出现无γ'相析出区,当大量δ相沿晶界分布时,则沿晶界形成无强化相析出带,在应力作用下,δ相与无强化相析出区基体的应变差会导致界面开裂、形成孔洞。在无强化相析出区孔洞快速连接形成裂纹,裂纹沿晶扩展与空洞汇合,降低了裂纹扩展阻力,加速了裂纹的扩展。因此δ相的存在为裂纹提供了扩展通道,降低了材料的塑韧性。     

GH4169合金的冷变形行为研究

采用TEM、SEM、OM等方法研究了固溶态GH4169合金的冷变形行为.结果 表明:合金冷变形机制主要为位错的滑移和孪生,合金晶粒被逐渐拉长、晶界转动、变形带增加、晶界面积增加、晶粒细化、部分晶粒被分割.合金δ相的析出量随着形变量的增加而增加,δ相形态和分布由原始的粗针状晶界晶内分布不均变为细针状,分布更为均匀.影响合...     

GH4169合金的热变形行为研究

研究了不同变形条件下GH4169合金的热变形行为,并结合计算机软件分析了变形量、应变速率以及变形温度对GH4169合金显微组织的影响。结果表明,GH4169合金的再结晶晶粒尺寸受到变形量的影响不大,但受到变形速率和变形温度的影响较大,其中变形速率影响最大。