無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司專(zhuān)業(yè)供應(yīng)高溫、高壓、耐蝕合金無(wú)縫管、管件產(chǎn)品。公司產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成為核火電廠、石油、化工、汽車(chē)等行業(yè)供應(yīng)商。
Monel400鍛件高溫合金是國(guó)家科技發(fā)展水平及國(guó)防能力的標(biāo)志性重要金屬材料,一直以來(lái)廣受世界材料界的關(guān)注。但隨著社會(huì)和國(guó)防工業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)高溫合金性能要求不斷提高。為此,近年來(lái)利用能量密度高、可控制、應(yīng)用成本低及環(huán)保的靜電場(chǎng)處理,改善高溫合金化組織與性能成為研究之熱點(diǎn),但靜電場(chǎng)下高溫合金組織演化機(jī)理尚未澄清,本文以我國(guó)無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司航天等領(lǐng)域應(yīng)用zui廣泛的鎳基變形高合金GH4169為對(duì)象,借助掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、內(nèi)耗及正電子湮沒(méi)等分析技術(shù),研究了靜電場(chǎng)時(shí)效對(duì)合金的組織演化影響和機(jī)理,以期為實(shí)現(xiàn)靜電場(chǎng)下高溫合金的組織有效控制與強(qiáng)韌化提供基礎(chǔ)。研究所獲主要結(jié)論如下：(1)靜電場(chǎng)有效地促進(jìn)了GH4169合金時(shí)效中原子的熱運(yùn)動(dòng),誘發(fā)合金空位數(shù)量的大幅上升、平均尺寸增加。(2)靜電場(chǎng)誘發(fā)GH4169合金時(shí)效中的單空位定向遷移所形成的空位流,并促進(jìn)了單空位向空位團(tuán)簇的轉(zhuǎn)化,由此加速析出相的粗化。在1023 K和1073K時(shí)效下施加6 kV/cm靜電場(chǎng),合金中γ’相和γ"相的粗化過(guò)程服從LSW擴(kuò)散控制規(guī)律,丫’相和γ"相的長(zhǎng)大激活能分別為115.6 kJ·mol-1和198.1 kJ·mol-1,與常規(guī)時(shí)效處理時(shí)的相比,分別下降了52.2%和30.6%。同時(shí),靜電場(chǎng)加速了Al和Nb原子的短程擴(kuò)散,使其在基體中的擴(kuò)散系數(shù)升高,達(dá)到其在未加電場(chǎng)時(shí)效擴(kuò)散系數(shù)的1.6～5.0倍。(3)對(duì)板狀GH4169合金時(shí)效中施加靜電場(chǎng),在試樣內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度在D層達(dá)到均勢(shì),即產(chǎn)生由試樣D層分別向上下表面遷移的空位流,由此誘發(fā)了Fe和Cr原子在D層的偏聚。偏聚的大量Fe和Cr原子使合金晶格產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變,從而引起此層合金的硬化。(4)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理GH4169合金在798 K進(jìn)行保溫10h的8 kV/cm靜電場(chǎng)處理,合金基體中空位數(shù)量大幅增加,具有較高的缺陷能。在10-4 s-1和10-2s-1應(yīng)變速率下進(jìn)行室溫拉伸,由靜電場(chǎng)處理誘發(fā)的晶格畸變和增多的間隙原子對(duì)較低運(yùn)動(dòng)速率的位錯(cuò)產(chǎn)生了明顯的阻礙作用,使合金屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高。在室溫低應(yīng)變速率拉伸時(shí),在試樣頸縮區(qū)域,累積的應(yīng)變能和初始較高的缺陷能使該區(qū)域內(nèi)能大幅提升,為局部原子的重新排列提供了能量,合金晶粒發(fā)生碎化,得到均勻細(xì)小的晶粒。(5)靜電場(chǎng)處理誘發(fā)的大量間隙原子對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用與基體中位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)速率密切相關(guān)。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率越低,其阻礙作用越顯著,使靜電場(chǎng)處理GH4169合金低應(yīng)變速率(10-4 s-1和10-2 s-1)拉伸的應(yīng)變速率敏感指數(shù)為-0.011。在室溫高應(yīng)變速率(102s-1和103 s-1)拉伸過(guò)程中,位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率大幅提高,間隙原子對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用變得極其微弱,由于多滑移系的開(kāi)動(dòng),位錯(cuò)密度隨應(yīng)變速率的升高不斷增加,靜電場(chǎng)處理GH4169合金的應(yīng)變速率敏感指數(shù)上升。(6)由于靜電場(chǎng)誘發(fā)GH4169合金間隙原子的大量增多,促進(jìn)了間隙原子對(duì)位錯(cuò)的釘扎,因此,在923 K、10-2 s-1拉伸時(shí),合金發(fā)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效表現(xiàn)出了形成激活能較高的B型鋸齒波。這是由于前期的靜電場(chǎng)處理使GH4169合金發(fā)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的形成激活能降低,在高溫變形過(guò)程中,大量的空位和間隙原子對(duì)位錯(cuò)的攀移及湮沒(méi)形成了明顯的阻礙作用,促進(jìn)了位錯(cuò)密度的上升,進(jìn)而降低了發(fā)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的合金在完成單個(gè)鋸齒起伏的應(yīng)力差和所需熱激活時(shí)間。
GH4169高溫合金是一種時(shí)效硬化鎳-鉻-鐵基變形合金。該合金的組織性能穩(wěn)定,并且直到650℃還具有優(yōu)異的力學(xué)性能,在變形高溫合金生產(chǎn)中一直占主導(dǎo)地位。強(qiáng)度高、可焊性好是這個(gè)合金的突出優(yōu)點(diǎn),它的用途較一般高溫合金廣泛。但是,由于其冷成形困難,只能采用鍛造、擠壓、焊接、機(jī)械加工等方法成形,制造成本非常高,在應(yīng)用上有所限制。而超塑性成形具有成形壓力低、變形大和能獲得的外形尺寸等優(yōu)點(diǎn),是難變形材料的理想成形方法。高溫合金的超塑性現(xiàn)象與鋁、鈦合金相比,發(fā)現(xiàn)得較晚,而鎳基高溫合金的GH4169的超塑性研究及應(yīng)用則更晚。因此,研究GH4169高溫合金的超塑性并指導(dǎo)其在工程方面的應(yīng)用很具有現(xiàn)實(shí)意義。本文對(duì)GH4169高溫合金進(jìn)行細(xì)晶化處理,并采用zui大m值超塑性法和形變誘發(fā)超塑性法對(duì)其進(jìn)行高溫拉伸實(shí)驗(yàn),主要得到以下結(jié)論:1.在GH4169高溫合金細(xì)晶的獲取工藝技術(shù)方面,得出了較佳的細(xì)晶化處理工藝:鍛造熱變形+890℃×10h析出足夠數(shù)量的δ相+950℃×3h再結(jié)晶退火熱處理。鍛后熱處理消除了由于鍛造造成的晶粒大小粗細(xì)不均現(xiàn)象,獲得等軸均勻的細(xì)小晶粒。析出的δ相有助于控制后續(xù)進(jìn)行的超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)拉伸變形時(shí)再結(jié)晶的晶粒尺寸。2.GH4169高溫合金經(jīng)過(guò)細(xì)晶化處理后,與原始坯料相比,有效的提高了材料的延伸率,降低流動(dòng)應(yīng)力。3.在不同溫度下,對(duì)GH4169高溫合金進(jìn)行高溫拉伸實(shí)驗(yàn),得出此合金在較寬的變形溫度范圍（T=950℃～1020℃）內(nèi),顯示出良好的超塑性,無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司變形溫度為950℃。4.形變誘發(fā)超塑性法拉伸預(yù)先對(duì)試樣進(jìn)行了一定量的預(yù)變形,細(xì)化了高溫合金的晶粒,尤其對(duì)于熱處理后的試樣,變形時(shí)基體中均勻分布的δ相限制了再結(jié)晶晶粒的晶界遷移,對(duì)細(xì)化晶粒起到了輔助作用。所以對(duì)于GH4169高溫合金來(lái)說(shuō),采用形變誘發(fā)超塑法拉伸要優(yōu)于zui大m值法拉伸。zui大m值法拉伸zui大延伸率達(dá)到了340%,而形變誘發(fā)達(dá)到了566%。當(dāng)采用zui大m值超塑性拉伸時(shí),應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m值大部分在0.15～0.4之間變化,相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變速率變化范圍為2×10-4～6×10-4 s-1。通過(guò)本文的研究,在理論和實(shí)踐上確定了一條實(shí)用有效的GH4169高溫合金細(xì)晶處理工藝,并將zui大m值法及形變誘發(fā)超塑性法成功的應(yīng)用在此合金上,為GH4169高溫合金的超塑性研究及其應(yīng)用開(kāi)辟了一條新的途徑。
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