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。     

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。     

GH4720Li合金流变力学Arrhenius本构方程的建立和再结晶形核机制分析

在MTS热模拟试验机上对GH4720Li合金进行了热模拟试验研究,根据所得结果绘制了其应力-应变曲线,构建了表征其流变力学的Arrhenius本构模型。结果表明:在应变为0.1条件下,GH4720Li合金的材料常数为:Q为638.82 kJ/mol、lnA为53.36、n为3.35、α为0.0081,并揭示了GH4720Li合金的动态再结晶形核机制。组织分析结果表明:在应变0.35、应变速率0.001 s~(-1)、变形温度1140℃条件下,γ′相有效地阻碍了GH4720Li合金晶界的转动和滑动,大大降低了其动态再结晶晶粒长大速率和晶界迁移速率,对晶界起到一定的钉扎作用;在应变0.5、变形温度1140℃时,应变速率为0.001、0.01、0.1、1 s~(-1)时,应变速率越低,晶粒具有充足的长大时间,越能够促进动态再结晶过程,动态再结晶过程越完全,应变速率越高,材料的变形畸变能稳定,为形核提供了足够的驱动力。在应变0.5、变形温度1140℃条件下,应变速率为0.01 s~(-1)时,GH4720Li合金的晶粒形貌最好。     

新型超高强韧钛合金热变形行为研究

采用Gleeble3800热压缩模拟试验机研究了新型超高强韧TB17钛合金775～905℃温度范围内、应变速率0.001～10 s~(-1)条件下的热变形行为。分析了该合金在热变形过程中流变应力软化特点及显微组织演变规律,建立了该合金Arrhenius型本构方程。结果表明:采用不同变形温度,TB17钛合金峰值应力对应变速率敏感程度不同,在相变温度以下变形时,峰值应力对低应变速率敏感;而在相变温度以上变形,峰值应力对高应变速率敏感。应变速率对TB17钛合金显微组织具有重要影响,合金应变速率大于0.1 s~(-1)时,以发生动态回复为主,而应变速率为0.001～0.1 s~(-1)时以发生动态再结晶为主;降低应变速率有利于动态再结晶发生,合金在应变速率0.001 s~(-1)时可获得粒度约25μm的β晶粒。变形温度对动态再结晶具有重要影响,在相变温度以下变形仅发生初生α相再结晶,而在相变温度以上变形则发生β相动态再结晶。TB17钛合金在相变点温度以下的热变形激活能为538.4 kJ/mol,在相变点温度以上的热变形激活能为397.4 kJ/mol,该合金在775～905℃热变形软化机制为晶界滑移机制。     

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。     

粉末高温合金U720Li的热加工行为

通过Gleeble-3180热模拟机对具有细晶组织的镍基粉末高温合金U720Li进行高温热压缩变形实验,分析该合金在1000～1150℃、0.001～1 s~(-1)应变速率的变形条件下的流变行为。利用采集的应力-应变数据计算材料的热变形激活能,构建材料的本构方程,建立合金的热加工图,并通过微观组织观察对热加工图进行解释。结果表明:失稳区主要位于低温高应变速率区域,合金未发生明显动态再结晶现象,晶界处的应力集中导致沿晶裂纹的产生。在1150℃、0.01 s~(-1)条件下,晶粒明显长大;在1100℃、0.001 s~(-1)条件下,变形能够获得细小均匀的晶粒组织。     

镍基变形高温合金动态软化行为与组织演变规律研究

采用Gleeble3500D热模拟试验机研究了GH4720Li合金的高温热变形行为,分析了不同热压缩工艺条件下流变力学曲线特征,建立了表征材料流变力学特征的包含应变参量的双曲正弦型Arrhenius本构关系模型以及BP人工神经网络模型,并通过对材料热变形组织的表征,揭示了GH4720Li合金高温变形过程中的动态再结晶形核机制。结果表明,包含应变参量的双曲正弦型Arrhenius本构关系模型预测精度较差,而BP人工神经网络模型能很好地表征GH4720Li合金热变形过程中的流变力学行为,模型预测值与实验值的平均相对误差仅为0.814%。组织分析结果表明,GH4720Li合金在1140℃条件下动态再结晶的主要形核机制为非连续动态再结晶,变形晶粒的晶界为再结晶晶粒提供形核位置。     

6061铝合金热变形动态再结晶行为研究

利用Gleeble-3500试验机对6061铝合金进行单道次等温恒应变速率压缩试验,研究合金在应变速率为0.001～1s~(-1),温度为350～500℃热变形条件下的动态再结晶行为。统计试验所得流变应力曲线峰值应力数据,确定合金热变形激活能Q为307.528kJ·mol~(-1),建立合金在不同热变形条件下的流变应力方程,动态再结晶峰值和临界应变模型;依据流变应力曲线特征,计算合金在不同变形条件下的动态再结晶体积分数,据此建立动态再结晶动力学模型。分析流变应力曲线可知铸态6061铝合金在350～500℃下变形,应变速率较低时(0.01s~(-1)),合金组织更容易发生动态再结晶,应力软化现象更明显。     

应变速率对GH690高温合金热变形特性的影响（英文）

为阐明应变速率对GH690高温合金热变形特性的影响,采用Gleeble-3800热力模拟试验机,通过变形温度范围为1000~1200°C、应变速率范围为0.001~10 s~(-1)的等温热压缩实验研究了该合金的热变形行为。结果表明:流变应力对应变速率变化敏感,动态再结晶是主要的软化机制;0.1 s~(-1)是1000°C热变形过程中的临界应变速率。绝热温升使得动态再结晶过程与应变速率密切相关;应变速率对热变形过程中的非连续动态再结晶和连续动态再结晶具有显著影响;孪晶可促进动态再结晶形核,Σ3~n(n=1,2,3)晶界在中等应变速率0.1 s~(-1)条件下含量较低。     

稀土元素Y对Cu-0.4%Mg合金热变形行为的影响

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cu-0.4%Mg合金在变形温度为500~850℃,应变速率为0.001~10 s~(-1)条件下进行热模拟试验,研究稀土元素Y对其热变形行为的影响。对热变形过程中的组织演变进行分析,测得Cu-0.4%Mg合金和Cu-0.4%Mg-0.15%Y合金的真应力-真应变曲线。通过线性回归分析,计算出热变激活能,建立本构方程。结果表明:稀土元素Y可以细化晶粒,抑制动态再结晶的发生,促进第二相析出,提高Cu-0.4%Mg合金的显微硬度;流变应力随温度的降低或应变速率的升高而增大,高温低应变速率更有利于动态再结晶;Y的加入使Cu-0.4%Mg合金在600℃,应变速率为0.001 s~(-1)热变形的峰值应力提高了约22%;Cu-0.4%Mg合金和Cu-0.4%Mg-0.15%Y合金的热变形激活能分别为255.210 k J/mol、345.372 k J/mol,提高了约35%。     

FGH4096/GH4133B双合金高温变形的动态软化行为

FGH4096/GH4133B双合金在变形温度1020~1140℃、应变速率0.001~1.0s-1条件下进行50%变形量的热模拟压缩试验。根据应力-应变曲线,基于传统Arrhenius型方程建立双合金高温变形过程中的本构关系。结合应力-应变曲线与Poliak-Jonas准则分析不同变形参数对双合金组织软化机制的影响。结果表明:FGH4096/GH4133B双合金变形时,升高温度和降低应变速率可有效诱导该双合金的软化机制由动态回复转变为动态再结晶。     

GH696合金动态再结晶模型

采用热模拟压缩试验研究GH696合金在变形温度为880~1020℃、应变速率为0.01~10.0 s~(-1)、变形程度为30%~60%条件下的高温变形行为。采用金相显微镜对GH696合金高温压缩变形后的显微组织进行观察。结果表明:较高的变形温度和较低的应变速率有利于GH696合金的动态再结晶。采用加工硬化率-流动应力曲线确定GH696合金的动态再结晶临界应变,应用Avrami方程建立GH696合金的动态再结晶体积分数模型,并根据合金的金相定量试验结果建立GH696合金的动态再结晶晶粒尺寸模型。     

基于三维热加工图的新型Ni-Cr-Fe-Nb合金热变形行为研究

利用Gleeble-3800热模拟试验机进行了高温压缩试验,研究了新型Ni-Cr-Fe-Nb高温合金在变形温度为880~1030℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)的热变形行为。结果表明:峰值流动应力在恒应变速率下随变形温度的升高逐渐下降;在恒变形温度下随应变速率的增加逐渐升高。合金的平均热变形激活能为642.561k J/mol。在变形温度980℃和应变速率10 s~(-1)时,组织仍有大量的粗大变形晶粒,只有很少量的动态再结晶;当应变速率低至0.1s~(-1)时,晶粒内部出现大量动态再结晶。基于DMM构建合金三维热加工图,在变形温度较低且应变速率较高下功率耗散值较小;在低温、中高应变速率变形时,大部分区域有明显的失稳,在应变速率为0.13 s~(-1)时高温区域发生了失稳。结合其微观组织演变规律,确定合金的最佳工艺参数为变形温度940~1000℃、应变速率0.01~0.1s~(-1)。     

先进超超临界汽轮机叶片用镍基合金的热变形行为

利用Gleeble-3800热模拟试验机,在温度为950～1150℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)、变形量为60%条件下,研究汽轮机叶片用GY200镍基合金的高温塑性变形及动态再结晶行为,并绘制了合金的热加工图。结果表明:GY200合金的真应力–应变曲线具有动态再结晶特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加,发生动态再结晶的临界应变随温度增加而降低。在真应力–应变曲线的基础上,建立了材料热变形本构方程,其热激活能为353.792 kJ/mol,表明利用W替代合金中的Mo后,降低了合金的热激活能。合金的最佳热加工的温度区间为1000～1150℃,应变速率0.01～0.1 s~(-1),效率值达到0.3以上。     

含Ⅰ相Mg-Zn-Y合金的高温变形行为和加工图（英文）

通过热压缩试验(温度300~450℃,应变速率0.001~1 s~(-1))研究挤压态含Y元素的Mg-Zn合金的微观组织和力学性能。用热加工图反映合金热变形的最佳条件和非稳定区。Mg-Zn和Mg-Zn-Y合金的峰值应力、温度和应变速率的关系符合双曲正弦函数,激活能分别为177 k J/mol和236 k J/mol。流变应力曲线表明,Y的添加会增加峰值应力并减小峰值应变,且Mg-Zn-Y合金发生动态再结晶所需的应变比Mg-Zn合金的小。Mg-Zn-Y合金的稳定区发生在:1)300℃,0.001 s~(-1);350℃,0.01-0.1 s~(-1)和400℃,0.01 s~(-1);2)450℃,0.01-0.1 s~(-1)。显微组织的观察结果显示,合金中主要的恢复机制是动态再结晶,Mg-Zn-Y合金发生完全动态再结晶的温度为450℃。在高应变速率下,Mg-Zn-Y合金明显形成非稳定区。另外,Mg-Zn和Mg-Zn-Y合金的非稳定区域宽度随应变的增加而增加,这些区域还发生了孪生和严重变形。     

GH3230合金高温热变形行为及微观组织变化

通过热压缩实验,研究了GH3230合金在温度950～1220℃和应变速率0. 1～10 s~(-1)条件下的高温热变形行为,构建了高温变形抗力数学模型,并分析了微观组织的变化。结果表明:随着应变速率的增加和变形温度的降低,材料的高温变形抗力增大;变形温度的提高和应变速率的增加有利于动态再结晶的发生和动态再结晶晶粒的长大; GH3230合金高温变形抗力可用Zener-Hollomon参数的高精度双曲正弦函数描述,其中热变形材料常数为:A=1. 22279×1028,n=8. 64987,α=0. 00284,平均变形激活能Q=742. 335 k J·mol~(-1);对于GH3230合金,采用高温和低应变速率可以获得优良的热加工等轴晶粒组织和低的加工变形抗力。     

Cu-Cr-Zr-Ag合金高温热变形及组织演变

对Cu-Cr-Zr-Ag合金在Gleeble-1500D热模拟试验机上进行热压缩实验,对合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~950℃的高温变形过程中的流变应力行为、热变形过程中的组织演变和动态再结晶机制进行了研究。结果表明,流变应力随变形温度升高而减小,随应变速率提高而增大。Cu-Cr-Zr-Ag合金在热变形过程中的动态再结晶机制受变形温度和应变速率控制。当温度达到950℃,应变速率为0.001 s-1时,Cu-Cr-Zr-Ag合金发生完全的动态再结晶。该合金高温热压缩变形时的热变形激活能Q为343.23 k J/mol,同时利用逐步回归法建立了该合金的流变应力方程。     

Ni_(55)Ti_(45)形状记忆合金高温变形特性及机制

采用Gleeble-3500热模拟试验机对锻态Ni_(55)Ti_(45)合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究了该合金在变形温度为650~850℃、应变速率为0.01~1 s~(-1)范围内的高温变形特性,并分析其变形机制。结果表明,应力-应变曲线呈"应变软化"型,热变形激活能为317.304 k J/mol,根据双曲正弦函数建立了峰值流变应力本构方程。微观组织观察表明,在650℃、1 s~(-1)和700℃、1 s~(-1)时发生了局部塑性流动的失稳变形,主要由变形热效应导致。高温、低应变速率利于动态再结晶的发生,但动态再结晶晶粒尺寸更大。动态再结晶形核机制以晶界弓出机制为主,同时伴随有少量的PSN机制。     

镍基高温合金GH4700的热变形行为及热加工图

研究了镍基高温合金GH4700变形温度和应变速率对热变形行为的影响,建立了该合金的热变形本构方程和热加工图。结果表明:在变形温度1120~1210℃、应变速率0.01~20 s-1条件下,该合金的热变形流变曲线呈现出典型的动态再结晶型特征,存在稳态的流变应力,且随着变形温度的升高和应变速率降低,动态再结晶过程更充分;GH4700合金的热变形激活能为326.3165 kJ/mol;该合金在温度为1180~1210℃,应变速率为10~20 s-1的热压缩变形条件下,能量耗散率η值较高,大于0.30,显微组织发生完全动态再结晶,获得的组织晶粒细小且分布均匀。     

粗晶Ti60合金的高温压缩热变形行为

通过热模拟试验机Gleeble-3500,在变形温度960～1080℃、应变速率0. 001～10 s(-1)、变形程度为50%的条件下对粗晶Ti60合金进行了热压缩试验研究。研究发现Ti60合金在粗晶状态下的流变应力随着变形温度的升高以及变形速率的降低而降低,基于应力-应变数据建立的Arrhenius双曲正弦函数能够很好地描述粗晶Ti60合金的本构关系,可用于合金的开坯变形应力预测。根据热加工图确定了粗晶Ti60合金的变形稳定区和失稳区,结合微观组织观察发现稳定区内发生了典型的动态再结晶现象,为粗晶Ti60合金的开坯变形参数选择提供了依据。