变形高温合金制备过程和热力耦合作用下组织演变及互影响

• 作 者: 刘超
• 出 处: 北京科技大学
• 发表日期: 2020年01期

变形高温合金产品具有高性价比、制备过程组织性能可控,服役过程具有高组织稳定性并保持优良的综合力学性能,乃高温合金工业生产的主要目标,同时也是发展更高推重比、更长服役寿命航空发动机热端部件的实践和理论基础。要实现这一目标,对高温合金制备过程冷热加工变形行为的深入了解和掌控无疑是解题关键,而了解复杂服役过程对组织稳定性影响行为并提高服役过程中的组织稳定性和可靠性必定也是需要引起高度重视的一环。为此本文针对变形高温合金的冷、热变形,系统研究了生产制备过程中各阶段以及服役过程中典型组织的变形行为及其互影响规律,为变形高温合金的生产制备和工程应用提供实验和理论依据。系统研究了 GH5605合金铸态组织和均匀化组织热变形过程的组织互影响和传递关系。基于1210℃均匀化过程中较轻的元素偏析会先于（γ+M23C6）共晶相被消除,认为消除共晶相是GH5605合金均匀化的重点。基于建立的铸锻间组织遗传规律,提出可适当延长开坯前加热段时间以消除共晶相的经济型均匀化工艺。进而针对锻造过程,阐明了 GH4720Li合金晶界和γ’相界在热变形过程中对再结晶和合金热塑性的互影响规律,表明细晶热变形的关键控制点为热变形温度高于γ’Ⅰ相回溶温度时的再结晶晶粒长大甚至产生混晶,粗大晶热变形的关键控制因素为热塑性,并兼顾再结晶程度。构建了细晶和粗大晶的热加工窗口控制图,进而提出了初始晶粒尺寸变化对热加工控制的调整原则。同时对晶粒、碳化物和γ’强化相等的冷变形行为开展了系统研究。揭示了 GH5605合金中晶粒、碳化物条带和微观亚结构在冷轧/退火过程中的组织转变规律。表明热轧/退火后形成的碳化物条带随着冷轧/退火道次增加而逐渐消减,热轧时堆垛层错和少量微孪晶,而冷轧为微孪晶伴有应变诱发马氏体转变的微观变形机制。进而对617B合金室温压缩过程中滑移带及其内γ’相发生沿滑移方向筏化和被切割现象开展系统实验和理论分析。明确了 γ基体杨氏模量对γ/γ’界面应力集中影响最为显著,据此提出了针对γ’相冷变形能力最主要是需充分考虑基体γ的固溶强化程度的设计思想。针对服役行为的热力耦合过程γ’相的变形行为,系统分析了 FGH4720Li合金经不同热暴露（600℃、650℃、730℃至3000h）获得不同初始γ’相,进而开展了相同条件高温拉伸、蠕变和疲劳测试。阐明了不同组织特征γ’相在不同应力和应力作用时间的影响下其变形行为及对合金损伤机制的影响。结果表明合金受载过程中,γ基体更易受到诸如γ’Ⅱ和γ’Ⅲ相回溶转变的影响,使得作用到γ’Ⅰ相的应力发生了显著的变化,从而发生不同程度的拉长甚至断裂,为此认为γ’相和γ基体应力再分配是导致γ’相表现出不同的变形特征的主要原因。综上,本文采用多种实验和理论分析获得了变形高温合金生产制备过程中不同工序典型组织在变形时的组织演变规律及互影响行为,并揭示了在热力耦合作用下不同组织特征γ’相在不同应力和作用时间时其变形行为及对合金损伤机制的影响,在此基础上提出了相关生产工艺和组织控制原则,为变形高温合金工业生产和组织调控提供了实验和理论依据。