一種難變形鎳基高溫合金GH4151合金的三聯冶煉工藝

C(％):  0.05～0.11

Cr(％):  9.5～10.0

Mo(％):  2.5～3.1

Ni(％):  餘(yu) 量

Co(％):  15.0～16.5

W(％):  6.0～7.5

Al(％):  5.7～6.2

Nb(％):  1.95～2.35

Ti(％):  —

B(％):  0.12～0.02

Fe(％):  ≤0.7

Mn(％):  —

其他(％):  Ce≤0.02,Zr0.03～0.05

GH4151作為(wei) 一種新型高溫合金材料,目前關(guan) 於(yu) 熱加工與(yu) 熱處理方麵的基礎研究較少,尤其是關(guan) 於(yu) 該合金高溫變形行為(wei) 及動態軟化機製、不同熱處理下組織與(yu) 性能控製方麵缺乏係統深入的研究。

針對上述問題,本文開展了如下研究工作:

(1)采用熱物理模擬試驗研究了熱擠壓態合金高溫變形行為(wei) ,建立了基於(yu) 雙曲正弦型的Arrhenius本構關(guan) 係模型和動態材料模型(DMM)的熱加工圖,確定了擠壓棒材熱變形、盤鍛件模鍛的熱加工區間。研究表明,盤鍛件模鍛的最佳熱加工區間為(wei) :1045-1125℃、應變速率ε10-2.5s-1。

(2)為(wei) 了驗證熱擠壓態合金的超塑性的有效性,本文研究了合金分別在1060℃、1080℃和 1100℃,10-4 s-1、5×10-4 s-1和10-3 s-1應變速率下的超塑性拉伸行為(wei) 。不同溫度下應變速率敏感係數分別為(wei) m1060℃=0.69,m1080℃=0.73,m1100℃=0.73,不同應變速率下變形激活能分別為(wei) Q10-4=192kJ/mol,Q5×10-4=258kJ/mol,Q10-3=342kJ/mol。研究表明,當應變速率ε=10-4s-1拉伸時,超塑性變形主要以晶界擴散控製的晶界滑動機製為(wei) 主;而ε=5×10-4 s-1和ε=10-3s-1時,以體(ti) 擴散控製的晶界滑移機製為(wei) 主。

(4)本文以熱擠壓態合金為(wei) 研究對象,研究了亞(ya) 固溶條件下晶界處一次γ'相(γ'I)的回溶和晶粒長大行為(wei) ,並建立了引入時間指數m的Sellars晶粒長大動力學模型,揭示了γ'Ⅰ回溶度與(yu) 晶粒長大關(guan) 聯性規律;研究了亞(ya) 固溶後單斜率不同冷速冷卻及先緩冷後快冷的雙斜率控冷處理下γ'相的演變規律,實現了γ'相雙模態分布的析出控製;據此確定了合金的標準熱處理製度。研究表明,熱處理態合金具有優(you) 異的力學性能:室溫抗拉強度和屈服強度、750℃/650MPa 高溫持久壽命分別為(wei) 1666.5MPa 和 1306.5MPa、173.35 h。

(5)研究了合金長期熱暴露實驗過程中的γ'Ⅱ相演變特征。結果表明,750℃下熱暴露5000h後,γ'Ⅱ相並未明顯長大;800℃下,γ'Ⅱ相演變遵循體(ti) 擴散控製的Ostwald熟化過程,且基於(yu) 經典的LSW理論的γ'Ⅱ相粗化速率常數k值為(wei) 690.5nm3/h。表明合金在750℃～800℃服役溫度γ'Ⅱ相具有長時穩定性,而力學性能衰減主要與(yu) 晶界寬度增大和μ相的析出有關(guan) 。綜上,本文通過對新型難變形高溫合金GH4151合金高溫變形行為(wei) 及組織與(yu) 性能控製研究,揭示了合金的工藝參數-微觀組織-力學性能的對應關(guan) 係,為(wei) 合金工程化製備提供理論和實驗指導。