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GH4720Li合金热变形行为和相变

2017-12-07 11:39 来源:中国联合钢铁网
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GH4720Li合金是一种镍基时效强化型高温合金,其γ′相含量在40%左右,并且合金中加入大量的W、Co和Mo等固溶强化元素,因此合金具有优良的高温性能;主要用于制造使用温度在650~750℃的高性能压气机盘和涡轮盘。正是由于高的γ′相含量和大量固溶元素的加入使得合金的热加工塑性下降,热加工窗口急剧变窄,因此该合金的热加工极为困难。该合金出现较晚,国内外的研究者对该合金的热变形行的研究相对偏少,而且所得结论存在一定的差异,计算所得的热加工激活能值比较分散,在500~1600kJ/mol范围内波动,这主要是合金的原始组织和实验条件引起;但也说明该合金热加工过程影响因素的复杂性。为得到细小均匀的组织和性能稳定的材料,该合金需要在两相区进行加工,这使得该合金的热加工工艺与以往镍基高温合金存在着较大的差别。鉴于GH4720Li合金复杂性和独特性,对该合金的热加工行为进行深入系统的研究是必要的。 研究人员对GH4720Li合金在1080~1180℃、应变速率为0.01~10s-1条件下进行单道次压缩变形实验,希望利用得到的应力-应变曲线,计算其热加工激活能,建立相应的本构方程和热加工图;并通过对比分析热压缩试样的金相组织与热加工图,验证热加工图的合理性;以期确定合理的热加工工艺,为其热加工过程提供参考和指导。 研究合金材料取自锻造GH4720Li合金Φ130mm棒坯半径1/2位置,经过1160℃,30min固溶处理,机械加工成Φ10mm×15mm的试样。合金的冶炼工艺为真空感应熔炼+真空电弧重熔,合金化学成分(质量分数,%):C0.016,Cr15.86,W1.28,Mo3.06,Al2.35,Ti5.15,Co14.85,其余为Ni。热压缩实验在MMS-200热力模拟试验机上进行。为模拟实际锻造过程,试样以20℃/s的速度升温到1160℃,保温300s,再以10℃/s的速度降温或升温到实验温度,并在实验温度下保温30s后进行压缩实验,试样完成压缩后立即进行水冷,保持压缩后的组织状态。单道次压缩实验的温度和应变速率分别为1080、1100、1120、1140、1160、1180℃;0.01、0.1、1、10s-1,压缩真应变为0.7(变形量约为50%)。压缩试样沿平行于压缩轴向并通过试样几何中心的平面切开,将剖面磨光,经化学腐蚀和电解腐蚀后,在光学显微镜和扫描电镜上观察显微组织。试验结果如下: (1)GH4720Li合金在热变形温度低于1160℃时,γ′相的析出行为引起峰值应力和热变形激活能显著变化。 (2)GH4720Li合金的热变形激活能平均值为1240.7kJ/mol;热变形激活能随着温度升高,先下降再升高;随着应变速率的升高,亦先下降再升高;合金在1160℃、应变速率为0.1s-1时,其热变形激活能达到最小值602kJ/mol。 (3)GH4720Li合金在1120~1180℃、应变速率0.1~1s-1条件下,实现完全动态再结晶;结合微观组织、激活能和热加工图,确认最佳变形温度为1120~1140℃;应变速率达到1s-1以上,合金出现热变形失稳现象。

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