难变形高温合金GH720Li平衡析出相的热力学计算

为了给热处理制度和热加工工艺提供理论依据,采用Thermo-Calc热力学计算软件,对GH720Li合金平衡析出相和非平衡凝固进行模拟计算分析.结果表明,合金凝固过程中Mo、Ti偏析比较严重,并给出Ti、Al含量对γ'相析出温度和析出量的定量计算结果.C含量的增加可以显著提高碳化物的析出量,但对碳化物的析出温度无影响;Cr对M23C6的析出量没有影响,但显著提高其析出温度.进一步对一次碳化物MC的析出温度与合金初熔点的关系进行定量计算.     

初始晶粒度对GH720Li合金等温热变形组织演变的影响

对3种不同初始晶粒度的锻态GH720Li合金的等温热变形组织演变行为进行研究。结果表明,细于ASTM 6.5级的晶粒度是最终获得均匀细小热变形晶粒组织的关键临界初始组织条件,而初始ASTM 10级以上晶粒度合金具有较宽的热加工窗口。初始晶粒度对流变行为的影响非常明显,晶粒组织越粗大,合金的流变抗力越大。初始ASTM3级合金热变形时不连续和连续动态再结晶都发挥重要作用,初始ASTM 6.5级合金热变形时以不连续动态再结晶为主,初始ASTM 10级合金热变形时除了动态再结晶,超塑性变形机制也起重要作用。进一步确定了初始ASTM 6.5和ASTM 10级晶粒度的合金获得均匀细晶组织的热加工区间。     

冷却方式对GH720Li合金固溶处理组织及力学性能的影响

对固溶后的GH720Li合金在不同的介质(空气、油、水)中冷却,再经过时效处理。利用光学显微镜(OM)和场发射扫描电镜(FESEM)研究了冷却介质对GH720Li合金的晶粒尺寸、冷却γ'相分布和力学性能的影响规律。结果表明,冷却介质对GH720Li合金晶粒尺寸和一次γ'相无影响,主要影响冷却γ'相(二次和三次γ'相);随着冷速的提高(空冷油冷水冷),γ'相平均尺寸关系为空冷油冷水冷,室温和高温强度关系为空冷油冷水冷;在能满足强度和塑性的前提下,为减少因热应力而造成盘件变形甚至开裂的风险,宜采用油冷。     

GH720Li时效态合金γ′相的微观形态和三维EBSD表征

GH720Li合金是航空发动机涡轮盘首选材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱仪(EDS)对GH720Li双时效态合金中三种γ′相的微观形貌、结构和微区成分进行了研究。基于聚焦离子束-电子束双束系统并应用EBSD-EDS联用技术对合金γ相和一次γ′相进行了分析,并应用Avizo软件对一次γ′相进行了三维重构。获得了合金一次γ′相的三维形态以及形态参数,给出了一次γ′相的体积分数,并与二维切片的分析结果进行了对比。结果表明,合金基体相和一次γ′相都存在大量的Σ3孪晶界。一次γ′相在三维尺度上存在多种形态,一些较大尺寸γ′相在二维截面上呈现不连续分布。三维EBSD可更全面反映一次γ′相的真实形态。一次γ′相三维信息的获得为改进合金的热处理工艺提供了依据。     

GH720Li合金γ'相回溶过程对后续析出的遗传影响

研究GH720Li合金γ'相回溶过程并模拟Al+Ti含量以及Ti/Al比对γ'相后续冷却析出的影响。γ'相的冷却析出与γ'相回溶及回溶后Al、Ti元素的扩散动力学过程有关。保温时间延长与固溶温度升高使γ'冷却析出相尺寸减小;不同冷速下,γ'析出相尺寸、形状与分布不同。TTT与CCT曲线中,随着Al+Ti含量的增加,不同冷速下的γ'相析出温度升高且相对应的析出时间提前。水冷乃至冷却速率高达1000℃/min时,无法抑制γ'相冷却析出。Ti/Al比的变化对γ'相的析出基本无影响。     

Al—Li合金高温扭转变形行为

在Ｇｌｅｅｂｌｅ２０００热模拟机上对一种２０１９Ａｌ－Ｌｉ合金进行高温扭转试验,研究了合金扭转时的等效应力－应变关系和扭转变形组织特征,研究结果表明：合金表现出与压缩变形类似的稳态流变特征,扭转等效应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小;其变形过程属于受位错速率机制控制的热激活过程,等效应力、等效应变速率和温度之间基本上满足以曲正弦函数关系,扭转等效应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。     

冷却介质对GH720Li合金固溶处理组织及力学性能的影响规律

对固溶后的GH720Li合金采用不同的冷却介质（空气、油、水）冷却,再经过标准时效处理,利用光学显微镜（OM）和场发射扫描电镜（FESEM）研究了冷却介质对GH720Li合金的晶粒组织、冷却 相分布和力学性能的影响规律。结果表明,冷却介质对GH720Li合金晶粒尺寸和一次 相无影响,主要影响冷却 相（二次和三次 相）;随着冷却介质冷速的提高（空冷＜油淬＜水淬）,冷却 相平均尺寸关系为空冷＞油淬＞水淬,室温和高温强度关系为空冷＜油淬＜水淬;在能满足强度和塑性的前提下,为减少因热应力而造成盘件变形甚至开裂的风险,宜采用油冷。     

W对难变形高温合金U720Li热塑性特征和γ′析出行为的影响

利用真空感应炉制备了三种W含量（1.02 wt.%、0.52 wt.%和0 wt.% W）的难变形高温合金U720Li铸件并对其进行了均匀化处理,重点研究了W对均匀化态U720Li合金热变形行为和开裂特征的影响。结果表明,W含量的减少导致均匀化炉冷态合金在1000 ℃的变形抗力逐渐降低,当W含量减少至0 wt.%时拉伸塑性大幅提高,断裂模式由沿晶断裂转变为沿晶-穿晶混合断裂。随着W含量的降低均匀化炉冷态和空冷态合金晶内的显微硬度均逐渐下降,γ′尺寸明显增大,体积分数逐渐减小。W对变形抗力和热塑性造成影响的主要原因是,W的减少不仅降低了固溶强化程度,还改变了γ′的特征,促进动态再结晶的发生。另外,本文揭示了W主要分布在γ基体中,并据此讨论了W对γ′析出的作用机理。     

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。     

U720LI合金高温析出γ’相的失稳分解

对U720LI镍基高温合金连续冷却过程中析出的高温γ’相的分解现象进行了观察研究．结果表明，自固溶温度快冷至室温时，发现有大量细小的γ’相析出，其尺寸大多位于40—60nm之间，均匀分布．当试样自固溶温度缓冷至650℃然后快冷至室温时，发现有两类大小的γ’相析出，一类在200nm左右，为高温析出γ’相；另一类集中分布在50-65nm之间，为低温析出γ’相．重点研究了高温析出’相的分解现象，在高温析出γ’／γ相界，适合非经典的形核和长大的条件，在高温γ’／γ相界面上的Al和Ti等元素的偏聚区，可以作为过饱和1基体析出γ’相的析出核心，γ’相中的Al和Ti的自由能梯度导致高温析出γ’相中Al和Ti等γ’形成元素向细小γ’相核心作短距离扩散，使细小γ’相长大和高温粗大γ’相分解．此种析出的γ’相的尺寸只有10-20nm．上述缓冷试样经时效后，发现高温粗大γ’相的分解现象更加明显．     

GH761变形高温合金的热变形行为

镍基GH761合金热模拟压缩实验表明,当变形温度Td一定时,随应变速率ε的降低,变形峰值应力σp和稳态流动开始应力σs日及与它们对应的应变εp和εs均降低;当应变速率一定时,随Td的升高,σp和σs以及εs均降低,但εp基本不变.细化原始晶粒可提高再结晶形核率,在此基础上降低变形温度和提高变形速率是细化最终晶粒的重要途径.当应变达到完全再结晶时,合金具有最均匀且细小的组织;超过这一应变值,晶粒开始长大.GH761合金的热变形本构方程为:ε=6.5×106σp4.86exp(-461×103/RT).     

U720Li合金高温变形行为及变形机理研究

对U720Li合金的高温变形行为进行了系统的研究。通过对该合金高温变形过程中力学行为特征及组织演变规律的分析与计算,得出了不同应变速率、不同变形温度下应变速率敏感性指数m值、变形激活能Q值和晶粒指数P值的变化规律。分别绘制动态材料模型热加工图及包含位错数量的U720Li合金高温变形机理图。应用动态DMM热加工图分析了合金的适合加工区间。运用U720Li合金高温变形机理图,根据不同温度下U720Li合金柏氏矢量补偿的晶粒尺寸、模量补偿的应力值预报了该合金的高温变形机理。     

挤压Mg-Li-Zn-Ce-Y-Zr合金的热变形行为

在温度T=250~450℃,应变速率为0.001~10s-1的条件下,利用Gleeble-3500热模拟试验机对挤压Mg-7.8%Li-4.6%Zn-0.96%Ce-0.85%Y-0.30Zr合金进行高温热压缩试验,分析流变应力曲线特点。合金的流变应力曲线表现出动态再结晶特征,动态再结晶是热变形过程中的主要软化机制。流变应力峰值随温度的降低和应变速率的增大而升高。稀土相化合物和α相促进β相的动态再结晶,使α相再结晶减缓。在热变形过程中动态再结晶迅速,流变应力曲线表现为临界应变较小,加工硬化迅速被动态软化所掩盖。     

变形参数对FGH96合金热机械处理组织与性能的影响

利用Gleeble热模拟试验机对FGH96合金进行了等温压缩试验,获得了变形温度为1020～1110℃、应变速率为0.001～1 s-1范围内合金的流变应力数据,结合本构方程回归分析方法,计算不同变形条件下的Zener-Hollomon(Z)参数值;选取典型的Z参数条件,系统分析Z参数对FGH96合金热机械处理(热压缩...     

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。     

铸态Mg-Zn-Zr-Gd合金的热压缩变形行为

为了研究Mg-Zn-Zr-Gd合金的热压缩变形行为,采用Gleeble-3500型热模拟试验机,在变形温度为300～400℃,变形速率为0.001～1 s^-1条件下对合金进行热压缩实验。分析了在不同的热压缩条件下合金的真应力-真应变曲线,通过引入Z参数建立了相关流变应力本构方程,同时观察了合金的微观组织演变。结果表明：合金在热压缩变形过程中主要发生了动态再结晶,且合金的流变应力随着应变速率降低和温度升高而减小。在低变形温度或高应变速率下进行热压缩变形时,再结晶晶粒比较细小,但是动态再结晶进行不充分,动态再结晶仅仅发生在晶界处且分布不均匀,仍然存在原始大晶粒。随着变形温度的升高和应变速率的降低,再结晶区域明显增加,再结晶晶粒也逐渐长大。根据热加工图分析得到合金最佳的热加工成形工艺区域为：温度为350～400℃,应变速率为0.1～1 s^-1。     

铸造Mg-6Zn-(1-2)Y合金热压缩变形行为

通过常规铸造(金属型)制备了Mg-6.24Zn-1.88Y和Mg-5.96Zn-0.89Y合金。采用Gleeble-3500热模拟试验机在温度为150~350℃、应变速率为0.015~15 s-1条件下,对两种合金的热压缩变形行为进行了研究。结果表明,Mg-6.24Zn-1.88Y合金由α-Mg,I-Mg3YZn6和Mg6.8Y0.35Zn2.81相组成,Mg-5.96Zn-0.89Y合金由α-Mg,I-Mg3YZn6和Mg12YZn相组成;增强相多以"共晶组织"形式和杆状分布在α-Mg枝晶间,Mg-6.24Zn-1.88Y合金增强相较多、且组织较细。150℃变形时孪生起着重要的作用,250℃变形机制由孪生向再结晶逐渐过渡,350℃再结晶是主要的变形机制。在相同形变条件下,含增强相较多、且组织较细的Mg-6.24Zn-1.88Y合金具有较高的应力水平。增强相在热压缩过程中易被破碎、球化,沿流变方向分布。     

均匀化处理对GH141高温合金热变形行为的影响

采用热模拟试验机对铸态和不同程度均匀化处理后的GH141合金进行压缩和拉伸变形,研究了合金的热变形行为以及热变形后的再结晶程度.结果表明:铸态GH141合金热变形过程中开始再结晶温度为1050℃,随着变形温度升高,再结晶越充分,变形抗力越低.不同程度均匀化处理后,合金再结晶程度相比未均匀化处理的合金更低,但均匀化处理后...