一种含铁Ni_3Al基合金的热变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机对一种含铁Ni3Al基合金进行了高温压缩试验,试验温度为1 050~1 150℃,应变速率为0.1~1.0s-1,工程应变量为50%。获得了不同变形条件下的真应力-真应变曲线,并分析了合金微观组织的变化。结果表明:合金的流变应力随着变形程度的增加先达到峰值应力,之后逐渐降低,趋于稳态流变。提高变形温度及减小应变速率能有效促进动态再结晶过程。在变形温度1 100℃以上,工程应变为50%时,能够获得完全再结晶的锻态组织。基体中的γ′相粒子对合金动态再结晶有抑制作用,β相的存在促进了相界处动态再结晶形核但抑制了完全动态再结晶晶粒的长大。高温下β相的软化效应和γ′相的回溶转变都有效提高了Ni3Al基合金热加工性能。     

变形参数对GH4742合金动态再结晶及γ′相的影响

 为了研究不同变形参数对锻态GH4742合金动态再结晶及γ′相的影响,利用单道次等温压缩试验获得了变形温度为1 050～1 150 ℃、变形量为30%～70%、变形速率为0.1 s-1时的真应力-真应变曲线,分析了不同变形参数下真应力-真应变曲线以及峰值应力的变化规律,同时采用SEM、EBSD对不同变形参数下动态再结晶过程中的亚结构以及γ′相进行了精细表征,定量计算了基体内的几何位错密度以及发生动态再结晶的比例,并测试了不同变形参数下基体的硬度。重点探讨了不同变形参数下动态再结晶的形核机制,深入分析了动态再结晶过程中亚结构以及γ′相的演变规律。结果表明,变形温度为1 080 ℃时,基体中存在大量未溶的一次γ′相,小角度晶界比例超过35%,基体发生动态再结晶比例小于35%,主要形核方式为连续动态再结晶。变形温度为1 110 ℃,一次γ′相尺寸减小并发生回溶,小角度晶界比例小于8%,基体发生动态再结晶比例超过75%,主要形核方式为不连续动态再结晶。随着变形量增加,一次γ′相尺寸增大、数量密度降低,小角度晶界比例显著下降,动态再结晶比例明显提高。低温变形时基体硬度随着变形量增加而显著增加,而高温变形时硬度先增加后逐渐趋于不变。GH4742合金变形温度为1 110 ℃时,变形量50%时已完成动态再结晶,组织为等轴的动态再结晶晶粒,基体硬度较低,为357HV,在此变形参数下加工具有良好的热成型性能。     

一种新型第四代粉末高温合金热变形行为及其本构方程北大核心

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了热等静压态新型第四代粉末高温合金的热变形行为,变形温度1060~1140℃,应变速率0.001~1 s-1,真应变量0.69。结果表明,热等静压态合金热模拟压缩实验的高温流变曲线呈动态再结晶特征。基于双曲正弦函数型Arrhenius方程和实验数据,采用峰值应力以及应变修正两种方式构建了合金的高温流变本构方程。后者由于包含了应变量的影响,预测的合金热变形流变应力值与实际测试结果比较吻合,平均相对误差绝对值为7.87538%,能更好的反映合金在热变形过程中的流变行为,为合金热加工工艺的设计优化提供参考依据。     

镍基双合金扩散偶的拉伸性能研究

采用热等静压(HIP)扩散连接工艺,获得了镍基单晶高温合金与粉末高温合金的扩散偶。研究了热等静压和热处理工艺对扩散偶的组织和拉伸性能的影响。结果表明,不同温度热等静压的扩散偶均实现了冶金结合,瞬时拉伸断口位置处于DD402侧,断裂面为{111}滑移面。随着HIP温度升高,DD402母材的γ′相粒子粗化,FGH95粉末合金母材的再结晶晶粒长大;1 166℃HIP扩散偶热处理后,FGH95粉末合金的γ′相由晶界大尺寸γ′相、晶粒内中等尺寸的和细小的γ′相组成。扩散偶试样的650℃抗拉强度受HIP温度影响小,而屈服强度随着HIP温度升高而降低。     

2Cr12NiMo1W1V超临界汽轮机叶片用耐热钢的热变形行为

 为了解决2Cr12NiMo1W1V耐热钢在锻造过程中晶粒粗大和组织不均匀的问题，利用Gleeble-3800热模拟试验机，在变形温度为1 000～1 200 ℃、应变速率为0.01～10 s－1、变形量为70%的条件下，研究和分析了2Cr12NiMo1W1V耐热钢的高温塑性变形和动态再结晶行为。结果表明，该耐热钢的真应力-应变曲线具有动态再结晶特征。再结晶晶粒尺寸随着变形温度的增加或应变速率的降低呈增加趋势，在变形温度为1 150～1 200 ℃，应变速率为0.01 s－1时，晶粒尺寸急剧增加。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453.74 kJ/mol。根据峰值应力绘制了合金的热加工图并获得在各加工条件下的效率值，合金的最佳热加工区间为变形温度为1 000～1 150 ℃、应变速率为0.1～1 s－1以及变形温度为1 060～1 125 ℃、应变速率为0.1～10 s－1。     

一种新型第四代粉末高温合金热变形行为及其本构方程

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了热等静压态新型第四代粉末高温合金的热变形行为,变形温度1 060～1 140℃,应变速率0.001～1 s~(-1),真应变量0.69。结果表明,热等静压态合金热模拟压缩实验的高温流变曲线呈动态再结晶特征。基于双曲正弦函数型Arrhenius方程和实验数据,采用峰值应力以及应变修正两种方式构建了合金的高温流变本构方程。后者由于包含了应变量的影响,预测的合金热变形流变应力值与实际测试结果比较吻合,平均相对误差绝对值为7.875 38%,能更好的反映合金在热变形过程中的流变行为,为合金热加工工艺的设计优化提供参考依据。     

IN718Plus高温合金的动态再结晶行为及模型研究

采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行了单轴等温压缩实验,研究了IN718Plus镍基高温合金在变形温度1020～1140℃,应变速率0.001～1.000 s~(-1),变形量50%条件下的动态再结晶(DRX)行为,并建立了相关模型。研究结果表明:IN718Plus高温合金的动态再结晶行为对变形温度和应变速率敏感,动态再结晶晶粒尺寸及动态再结晶晶粒体积比随着变形温度的升高而增大,随着应变速率的加快而减小。在变形过程中,原始晶粒垂直于变形方向被拉长,细小的DRX晶核以晶界弓出的形式在原始晶粒边界处形核,并通过消耗原始变形晶粒的方式逐渐长大。当变形温度较低,应变速率较快时,动态再结晶程度不高,容易在合金变形组织产生典型的项链组织,且因此导致混晶现象严重。此外,以η相的溶解温度为界构建IN718Plus合金的动态再结晶临界应变模型、动力学模型以及晶粒尺寸模型, 3种模型精确度较高,能够较为准确的预测和表征该镍基高温合金的动态再结晶行为。     

热处理过程中FGH96合金的微观组织演变

通过热处理实验研究了热处理过程中FGH96合金的微观组织演化，量化了固溶温度和保温时间对晶粒尺寸、γ′相尺寸、面积分数及晶粒分布的影响，分析了γ′相和应变存储能对晶粒演变的影响。结果表明：在热处理过程中，含有大量应变存储能的变形晶粒发生静态再结晶，晶粒细化，而动态再结晶晶粒发生晶粒长大，当两者平衡时可获得均匀细小的晶粒组织。合金在1060℃保温120 min后，γ′相尺寸和晶粒尺寸分布较为均匀，平均晶粒尺寸为7.37μm。γ′相的面积分数随固溶温度和保温时间的增加而减小，一次γ′相在亚固溶保温过程中存在粗化和分裂现象，使得一次γ′相的面积分数和尺寸先增加后减小。γ′相的非均匀溶解会导致局部晶粒长大较快，形成混晶。     

铸造TiAl基合金的热变形行为及加工图

通过高温压缩模拟试验结果建立TiAl基合金的热加工图,结合扫描电镜、透射电镜等试验手段,研究铸造TiAl基合金在温度为1 000~1 150℃、应变速率为0.001~1 s 1范围内的热变形行为。结果表明:铸造TiAl基合金是温度、应变速率敏感材料,其流变应力随温度升高和应变速率降低而降低。铸造TiAl基合金的高温变形机制以层片晶团的扭折、弯曲及动态再结晶过程为主。在高温(1 150℃),低应变速率(≤0.01 s 1)下变形后,铸态组织中β相含量明显减少直至消除。在变形温度1 150℃、应变速率0.001 s 1下变形时,铸造TiAl基合金未发生超塑性变形;此时由于动态再结晶晶粒异常长大导致加工图上该区域功率耗散值未达到最大,而是有减小的趋势。     

热处理制度对粉末高温合金性能的影响

对比研究了FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下γ′相的分布，观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效后小γ′相的中心暗场像相，测试了室温（20℃）和高温（650℃）下材料的拉伸性能，并对高温（650℃）瞬时断裂区断口进行了对比分析。结果表明：相同热处理工艺，热等静压温度较高时，时效析出的γ′相尺寸大；不同热处理制度能改变γ′相的分布，盐浴冷却明显增大中等尺寸γ′相数量和合金的高温塑性。     

新型粉末高温合金多火次等温锻造过程中晶粒细化机制

为探索多火次等温锻造对新型粉末高温合金晶粒细化的影响, 本文对实验合金进行了每火次变形量40%左右的三火次等温锻造, 采用商用有限元软件DEFORM 2D模拟锻造过程中的等效应变分布图, 采用电子背散射衍射技术对各火次后的锻坯进行显微组织观察和分析.研究表明: 等温锻造过程中, 锻坯轴向剖面大致分为三个区域, 位于上、下两端面附近的Ⅰ区变形量最小, 位于两侧附近的Ⅱ区次之, 位于剖面中心的Ⅲ区变形程度最大.经过三火次等温锻造后, 锻坯Ⅱ、Ⅲ区再结晶充分, 获得等轴细晶组织, 平均晶粒尺寸2~3 μm.然而Ⅰ区形成再结晶不完全的"项链"组织, 在变形晶粒周围分布大量细小的再结晶晶粒, 变形晶粒内小角度晶界含量较多, 位错密度较高.通过对三火次后的锻坯进行合适的热处理, Ⅰ区"项链"组织得到细化, Ⅱ、Ⅲ区组织发生晶粒长大, 整个盘坯为较均匀的细晶组织, 平均晶粒尺寸为6~8 μm.      

Microstructural Characterization of Spray Formed FGH4095 Superalloy During Hot Deformation

 In order to study the hot workability and to optimize the processing parameters for spray formed FGH4095 superalloy, thermal compression tests for spray formed FGH4095 superalloy have been finished by using a Gleeble 1500 thermal simulated test machine at the strain rates of 0. 01-10. 0 s-1 and temperatures of 1050-1140 ℃. The effects of strain rate and deformation temperature on the true stress-true strain curves and microstructure evolution were investigated. The results show that the generation of dynamic recrystallization (DRX) depends sensitively on deformation temperature. When the temperature was lower than 1080 ℃, long and narrow necklace grains were shown in the microstructure. When the temperature increased to 1140 ℃, new recrystallization grains were generated. The size and shape of γ′ precipitates in the grains have a very important effect as factors of hindering sufficient migration of dislocations on plastic deformation. The result of thermal processing map is in accord with the microstructure observation, and the best material thermal processing temperature is above 1128 ℃.     

Microstructure,Tensile Properties,and Hot-Working Characteristics of a Hot Isostatic-Pressed Powder Metallurgy Superalloy

A series of microstructure observation, tensile, and hot compression tests were conducted to investigate the variation of microstructure, tensile properties, and hot-working characteristics of a powder metallurgy (PM) superalloy with hot isostatic pressing (HIPing) temperature, to establish a basis for the parameter selection for PM superalloy preparation. The results show that the dendritic structure from the powder was not completely removed until the HIPing temperature is above the γ′ solvus; γ/γ′ eutectic formed when the powder particles were HIPed at 1533 K (1260 °C) or above. Prior particle boundaries (PPBs) were observed in alloys HIPed at 1513 K (1240 °C) and below; the PPB decoration is serious in alloys HIPed at 1483 K and 1513 K (1210 °C and 1240 °C), owing to melting and aggregation of the boride phase at the particle boundaries during HIPing; the PPBs were eliminated when the HIPing was done at 1533 K (1260 °C) or above. Tensile fracture mode of the alloy changes from inter-particle and transgranular mixed fracture to transgranular fracture with increasing HIPing temperature, which is in accordance with the change in precipitate distribution at the PPBs. The hot workability of alloy is poor for all combinations of HIPing/deformation conditions except for HIPing at sub-solvus temperature and deformation at low strain rates.

     

热挤压对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响

研究了热挤压温度、挤压比、挤压速度、挤压前预处理对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响规律,确定了获得晶粒尺寸小于10 μm的超塑性细晶组织的热挤压方法。研究结果表明,热等静压后FGH96合金发生了再结晶,实现了粉末的完全致密化成形,但晶粒大小极不均匀,且存在明显的原始颗粒边界(PPB)缺陷。采用热挤压前预处理工艺在确保合金晶粒不长大的同时,又可使γ'相粗化,显著降低热挤压变形抗力。随着挤压温度的升高,合金晶粒尺寸呈长大趋势。挤压温度为1 080 ℃时,获得平均晶粒小于10 μm的完全再结晶超塑性组织,挤压温度继续升高,晶粒尺寸将明显长大。随着挤压比的增大,挤压载荷明显增大,采用大于6∶1的挤压比,有利于获得平均晶粒小于10 μm的完全再结晶超塑性组织。载荷随热挤压速度的升高而增大,在保证合金组织为细晶的条件下,应尽量选择较低的挤压速度。由于在热挤压过程中合金已发生了完全的动态再结晶,未观察到明显的取向,力学性能测试结果也表明沿着挤压方向和垂直于挤压方向的性能相当,说明不同挤压方向的微织构对性能没有明显影响。     

粗晶EW75镁合金变形孔洞的产生及愈合研究

通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,在Gleeble-1500热模拟机上研究了粗晶EW75镁合金热变形行为,变形温度为723 K、应变速率为0.05 s-1,最大变形程度为80%的条件下,根据结果分析了合金高温变形时的真应力-真应变曲线以及不同变形量的显微组织,揭示了合金在变形过程中孔洞产生及消失的机制。结果表明:铸态合金平均晶粒尺寸约为149μm,均匀化后合金平均晶粒尺寸达到197μm左右;真应力-真应变曲线呈现出典型的动态再结晶特征;变形量为40%,原始大晶粒被细小再结晶晶粒包围,呈现典型的"项链"状特征,在局部晶粒交结处出现孔洞,随着变形量的增加,孔洞先长大后变小,当变形量达到80%时,孔洞基本消失愈合,愈合区有细小的再结晶的晶粒,形成明显的愈合带;大尺寸晶粒间的相互协调性能较差是变形出现孔洞的主要原因,随着变形量的增加,再结晶比例的提高带来的变形协调性能增强,孔洞最终被压扁,重新接触的两表面存在较高的能量,最终发生完全动态再结晶是合金孔洞愈合机制。     

FGH98合金的再结晶行为

利用扫描电镜和透射电镜对热挤压态和退火态FGH98合金的相析出规律及组织特征进行了分析,并对其再结晶机制进行了深入研究.结果表明:热挤压态FGH98合金在空冷过程中已经发生了少量的再结晶现象,随着挤压温度的提高,体系内位错密度下降.退火态FGH98合金中再结晶机制主要与体系内未回溶的一次γ'相有关,在一次γ'相聚集区再结晶主要以依靠亚晶的聚合和亚晶的长大,或两者的混合机制进行形核;随着一次γ'相的减少,合金还可以通过应变诱发晶界迁移、多晶粒交汇区形核、孪晶叠加等多种方式形核.需要指出的是,FGH98合金中未回溶的一次γ'相在退火处理过程中也会通过部分的回复和再结晶发生软化效应.      

热变形对轴承钢G80T晶粒细化行为的影响

利用Gleeble-3800热模拟变形试验机,对高温轴承钢G80T的动态再结晶行为及相关力学性能进行了研究。通过对该钢在1 050℃下以10s-1的变形速率进行0%~70%的不同形变量的单道次压缩,研究了不同形变量下热变形钢的微观组织结构及硬度。结果表明:当形变量在20%时,无动态再结晶发生;当形变量达到40%时,热变形组织出现了部分的再结晶晶粒;随着形变量的进一步加大,再结晶晶粒数目增多,形变量达到60%后,形变组织形成了平均晶粒尺寸为2.8μm的完全再结晶组织。同时由于形变和晶粒尺寸大幅度细化,钢中的碳化物也随着形变量的增加而逐步减少。通过对压缩应力-应变曲线软化行为的分析,认为该钢的再结晶属于动态再结晶;在1 050℃进行60%的形变可以实现该钢的完全动态再结晶,将平均晶粒尺寸从原始的22μm细化到2.8μm,同时将钢的硬度从820 HV提高到895 HV。研究结果表明,动态再结晶是细化高温轴承钢G80T晶粒尺寸和提高性能的一种有效措施。     

粗晶Mg-3Gd-1Zn合金高温压缩变形过程中的动态再结晶

研究了粗晶Mg-3Gd-1Zn合金在723 ～823 K,应变速率0.100 ～0.001s-1条件下单轴压缩变形过程中的动态再结晶行为.研究结果表明,其热压缩曲线为典型的动态再结晶型,峰值流变应力和稳态流变应力随温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大;在该实验温度范围内其变形激活能约为140 kJ·mol-1;再结晶晶粒尺寸lnd与lnZ参数偏离线性关系,且变形温度对再结晶晶粒尺寸的影响比应变速率更大.利用金相和电子背散射技术(EBSD)对773 K,0.010 s-1条件下压缩不同变形量的Mg-3Gd-1Zn合金进行了组织表征,发现其动态再结晶大都发生在孪晶界及其与原始晶界的交叉处,主要为孪生诱发动态再结晶形核(TDRX)机制.再结晶形核初期形状不规则,晶界倾向于呈直角,随着应变量的增大,由于晶界的局部迁移,再结晶晶粒逐渐转变为稳定的等轴晶.