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...     

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。     

冷轧对GH4169合金组织与性能的影响

采用X射线衍射技术及透射电子显微镜研究了冷轧变形道次及不同变形量对GH4169合金中金属间化合物γ″相和δ相的分布，形貌，数量及性能的影响，结果表明：随着变形程度的增加，析出相由晶内和和晶界析出逐渐转变到形变带及位错墙处析出，γ″相的尺寸逐渐减小，γ″、δ相的析出含量以及材料的强度逐渐增加，双道次冷轧变形提高了δ相的含量，但降低了γ″相的析出量和材料的强度。     

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.     

一种GH4169G合金的组织与蠕变行为

通过对等温锻造GH4169G合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了GH4169G合金的组织结构及蠕变行为。结果表明:经等温锻造和直接时效后,GH4169G合金晶粒具有不均匀特征,且在晶内存在孪晶,并有粒状δ相在晶内及沿晶界不连续析出,可改善晶界的结合强度。经不同条件蠕变性能测试后,根据稳态蠕变期间的应变速率,测定出合金在稳态期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=532.7 kJ/mol和n=12.1。合金在蠕变期间的变形特征是不同取向的孪晶变形和位错滑移,随蠕变进行,形变位错密度增加,且在晶界附近发生位错堆积,并产生应力集中,致使微裂纹在晶界处萌生及扩展,直至蠕变后期发生沿晶断裂。     

等温锻用GH4169合金的组织性能研究

采用室温拉伸、高温拉伸和高温持久的方法,对变形GH4169合金进行了力学性能测试、金相组织研究和断口形貌分析.得出结论:随着温度的升高,GH4169合金的晶粒内碳化物、δ相和夹杂都有增多的现象,到750℃后,针状碳化物稍微变粗,并有聚集成团的趋势;抗拉强度δb和屈服强度δo.2随着温度的升高而下降;延伸率δ和断口收缩率δ随着温度的升高先是下降,到750℃后急剧上升.变形GH4169合金在中温下具有较高强度,较好塑性.在800℃以下可作为等温锻造模具材料.     

DP处理GH4169合金的热变形行为

优质GH4169镍基高温合金的Nb含量较高,热变形工艺参数需严格控制,特别是经δ 相时效处理(Delta Processed,DP)后,因此有必要对其热变形行为进行研究。本文对经DP处理后的优质GH4169高温合金在不同变形温度 (980,1010,1040和1070°C)及应变速率 (0.001,0.01,0.1和1 s-1)进行热模拟压缩实验。结果表明： GH4169镍基高温合金在该变形条件下的平均激活能Q = 528.24 kJ/mol,Nb元素含量上调会显著增加合金的变形激活能(约40 kJ/mol),该材料的热变形过程可通过双曲正弦本构模型进行描述。通过表征相应热变形后的显微组织,结合GH4169高温合金的热加工图,表明GH4169高温合金适宜在低温低应变速率和高温高应变速率下加工。     

GH4169合金锻件的混晶组织

用光学金相和X射线衍射分析方法对GH4169合金锻件产生混晶组织的原因进行了分析。结果表明,试验所用GH4169合金锻件出现混晶组织，是由于终最温度过低,每次变形程度又较小，因而动态再结晶不能充分进行引起的。上述原因形成的混晶组织可通过适当的再结晶热处理消除，再结晶处理温度以略低于δ相开始溶解温度为宜。     

形变参数对GH4169合金热变形行为的影响

利用Gleeble-1500热模拟试验机,研究了GH4169合金在变形温度为900～1100℃、应变速率为0.1 s-1、1 s-1、20 s-1、最大变形量高达70%条件下的高温变形行为,建立了GH4169合金的高温变形流动应力模型,分析了变形工艺参数对合金晶粒再结晶的影响规律。结果表明:随变形温度的降低和应变速率的增加,合金变形抗力显著增加;当变形量超过临界变形量时,随着变形量增加或变形温度的提高,合金的再结晶程度逐渐增加;然而,变形速率的变化,对该合金再结晶影响较为复杂。     

GH4169合金薄板与凸台件的焊接变形分析

采用真空电子束焊接进行了凸台与GH4169合金薄板的焊接,研究了焊接热输入、板厚及凸台数量对焊接件变形的影响。结果表明,薄板与凸台的焊接件经焊后会产生平面内收缩变形量和平面外失稳变形。焊接件沿板边的收缩变形量呈中间大、两侧小;随热输入增大,中间内凹程度增大。收缩变形量与热输入成正比,与板厚度成反比。2 mm厚的薄板焊接单凸台时,焊接热输入由54 J/mm增加至84 J/mm时,收缩变形量由0.20 mm增加至0.48 mm;同时当焊接热输入为54 J/mm,板厚2 mm,收缩变形量为0.20 mm,板厚5 mm时,变为几乎无变形。焊接单凸台试板的失稳变形表现为试板板边呈绕环形焊缝无规律的上翘、下翘,其主要是焊缝的角变形引起。双凸台焊接试板产生的失稳变形呈上翘、下翘交替变化的波浪变形,其产生主要原因由角变形和扭曲变形造成。板越薄,热输入越大,其上翘、下翘的变形量越大;焊接双凸台产生的失稳变形较焊接单凸台的大。     

铸态GH4169合金热变形行为及三种本构模型对比

在Gleeble-1500热力模拟机上对铸态GH4169合金进行热压缩试验,变形参数为:温度(1193～1373K)、应变速率(0.01～10s~(-1))、变形量50%。通过分析真应力真应变曲线,研究铸态GH4169合金的热变形行为;对比分析了Johnson-Cook(JC)、修正的Johnson-Cook(MJC)和应变补偿Arrhenius3种本构模型的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)。结果表明:铸态GH4169合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。JC模型、MJC模型和应变补偿的Arrhenius本构模型的相关系数(R)分别为0.891、0.956和0.961,AARE依次为29.02%、11.16%和9.31%。因此,应变补偿的Arrhenius模型能够更为精确地描述铸态GH4169的热变形行为。     

多场耦合作用下GH4169合金微观组织演变行为

基于典型航空结构材料GH4169合金微观组织精准控制进而优化合金综合性能,本研究将多种能量场应用于GH4169合金,利用透射电子显微镜和扫描电子显微镜研究微观组织演变规律及作用机理。结果表明,与常规温度场/应力场作用下相比,温度场/应力场/脉冲电流能量场耦合作用下,GH4169合金晶界析出大量颗粒状δ相,晶粒内γ″相尺寸增大。原因在于脉冲能量场的引入促进位错运动,进而增强原子的扩散能力,有利于析出相的析出与长大。     

时效处理对GH4169合金显微组织及高温拉伸变形行为的影响

研究了在900 ℃超温服役的试验条件下,时效时间对GH4169合金的显微组织形貌、显微硬度和高温拉伸性能的影响。结果表明:随着时效时间的延长,δ相先由晶界呈短棒状析出,然后以长针状覆盖整个晶粒。时效初期晶粒有长大现象,随着δ相沿晶界的不断析出,晶粒长大现象消失。900 ℃时效处理使得GH4169合金强化相发生溶解与转化,致使合金显微硬度从44 HRC急剧降至13.6 HRC,但后续保温时间的延长对显微硬度影响较小。δ相的析出对合金的高温力学性能有显著影响,适量的析出提高了合金的抗拉强度和高温塑性,大量析出则导致合金抗拉强度变低,高温塑性变差;不同时效处理后的合金高温拉伸均为典型的弹性-均匀塑性变形,变形断裂机制皆为微孔聚集型断裂。     

化学成分对GH4169合金组织与力学性能的影响

针对不同Nb、Al、Ti含量的GH4169合金,对其进行固溶时效热处理,研究微观组织与拉伸性能的变化规律。研究表明,一定的Al/Ti和(Al+Ti)/Nb值下,随Nb含量增加,δ相含量增加,并且具有较好的高温稳定性,高温固溶可有效阻止晶粒的长大,主要通过稳定的δ相来保证合金的细晶强化。当Al/Ti与(Al+Ti)/Nb比值较低时,时效后γ″、γ'含量有所降低,γ″相形貌由唇状变为圆盘或芝麻粒状,其中Nb元素主要形成δ相。力学性能表明,Al/Ti和(Al+Ti)/Nb值一定时,拉伸强度主要受晶粒尺寸影响,而δ相含量影响较小。但当Al/Ti与(Al+Ti)/Nb比值较低时,由于强化相γ″和γ'数量与形貌的变化,拉伸力学性能显著降低,其微观硬度也随拉伸强度的降低而降低。     

GH4169合金气体渗氮工艺研究

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微硬度仪等分析手段,对GH4169合金的渗氮机理及长时间气体渗氮后渗氮层和基体组织、成分、性能进行了分析.结果表明,GH4169合金渗氮层深度和渗氮时间符合抛物线规律,长时间气体渗氮后渗层中会析出均匀细小的CrN(尺寸在纳米级)、Cr7C3相.渗氮层硬度达到1 268 HV0.05,渗氮层较脆,裂纹易沿原始γ相晶界萌生并扩展.     

C含量对GH4169合金显微组织及力学性能的影响

为了研究C元素含量对GH4169合金显微组织及力学性能的影响,采用真空感应熔炼、均匀化热处理、锻造和固溶处理得到C含量分别为0.025%、0.044%和0.072%的三种GH4169合金,通过热力学计算和差示扫描量热法研究了不同C含量GH4169合金的平衡相析出行为,并结合显微组织观察、X射线衍射相分析和室温拉伸试验,分析了C含量对GH4169合金显微组织、室温拉伸性能和加工硬化指数的影响。结果表明：C含量的增加会促进GH4169合金中MC和M23C6碳化物的析出,富Nb的MC碳化物含量随C含量的增加呈线性趋势增加。C含量的增加会抑制δ相的析出,对γ′相的析出无显著影响。随C含量的增加,固溶态GH4169合金的晶粒得到细化,室温强度升高,断后伸长率降低,加工硬化指数降低,均匀塑性变形能力降低。MC碳化物及其引起的微孔是导致合金室温拉伸断裂的主要原因。     

GH4169、GH4169plus和GH4738高温合金组织稳定性

为了获得不同沉淀硬化相作用的高温合金在高温长期时效过程中的组织稳定性的对比规律,对3种应用最为广泛的高温合金GH4169、GH4169plus、GH4738经720℃时效后的显微组织和硬度变化进行了对比分析。结果表明,合金的组织稳定性与晶界相和弥散强化相有关,晶界碳化物较晶界δ相稳定,γ'相较γ″相有更好的稳定性,但同为γ'相,组织稳定性还与其和基体的错配度有关。对比3种合金,随时效时间的延长,GH4169plus合金的稳定性稍次于GH4738合金,但要优于GH4169合金。