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《沈阳工业大学》 2012年
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制备工艺及热处理对GH4169合金组织与性能的影响

李振荣  
【摘要】:本文采用热连轧(HCR)和等温锻造(ITF)工艺制备GH4169合金,通过对热连轧、等温锻造GH4169合金及等温锻造GH4169G合金进行不同工艺的热处理、力学及蠕变性能测试、组织形貌观察,研究了变形工艺、热处理制度对合金错配度、力学性能、蠕变性能的影响。通过晶格错配度的计算,研究不同状态合金中各相界面之间的晶格应变状态。通过拉伸和蠕变性能测试,研究不同工艺热处理合金在拉伸和蠕变期间的变形与断裂机制,得出如下结论: GH4169合金主要由γ、γ′和γ〃相组成,经直接时效和长期时效后,合金中γ相体积分数基本保持不变,γ′相体积分数逐渐减小,而γ〃相体积分数逐渐增加,其中,γ′相以粒状形式存在,而γ〃相以扁平状形态在γ基体中析出。与等温锻造合金相比,热连轧GH4169合金中γ、γ′和γ〃相有较大的晶格常数,且γ′相与γ和γ〃相具有较大的错配度;经标准热处理后,粒状γ′、γ〃相以共格方式嵌镶在γ基体中,且具有较高的晶格应变。经直接时效和长期时效后,合金中γ、γ′和γ〃各相晶格常数略有减小,而γ相与γ′、γ〃相的晶格错配度绝对值略有增加。添加微量元素P、B后,合金中γ、γ′和γ′′各相间的晶格错配度均略有增加,经直接时效合金中γ、γ′和γ〃各相的晶格常数均略有增加,γ相与γ′、γ〃相之间的晶格错配度略有减小;而经长期时效后,合金中γ、γ′和γ〃各相的晶格常数均略有减小,且γ相与γ′、γ〃相的晶格错配度进一步减小。 与等温锻造合金相比,热连轧经水冷合金具有较小的晶粒尺寸,热连轧经空冷合金具有较大的晶粒尺寸;经直接时效后,GH4169合金在晶内弥散析出大量细小γ″相;经标准热处理或长期时效后,有较多粒状、短棒状δ相沿晶界不连续析出。添加适量元素P、B后,GH4169合金的晶粒尺寸增大,且不均匀,同时有一定数量短棒状δ相沿晶界或晶内析出。 在实验温度范围内,HCR-DA、ST-GH4169合金的屈服和抗拉强度随着温度升高而降低;合金在拉伸期间的主要变形机制是多取向孪晶变形和位错发生双取向滑移,孪晶面均为{111}面。其中,从室温到500℃,以位错的双取向滑移为主,随温度升高,以形变孪晶为主;ST合金位错的双取向滑移数量较少。在拉伸后期,高密度位错在近晶界或孪晶界区域塞积,产生应力集中,致使裂纹在晶界处萌生并在晶界和晶内扩展是该合金的断裂机制。 在650℃~ 670℃、700MPa~750MPa范围内,测算出ITF-DA合金、HCR(WC)-DA和HCR(WC)-LTA-GH4169合金、ITF-DA和ITF-LTA-GH4169G合金的蠕变激活能分别为519.0 kJ/mol、610.0 kJ/mol、584.6 kJ/mol、594.7 kJ/mol和550.3 kJ/mol,应力指数分别为18.5、15.4、16.3、15.8和17.8。HCR(AC)-ST和HCR(AC)-DA-GH4169合金的蠕变激活能分别为537.8 kJ/mol和515.7 kJ∕mol;应力指数分别为16.3和17.6。与其它制备工艺相比较,HCR(WC)-DA合金具有较好的蠕变抗力,其在660℃、700MPa条件下的蠕变寿命达127 h。在蠕变期间,ITF-合金仅发生孪晶变形;HCR-合金与GH4169G合金的变形机制是孪晶和孪晶内的位错滑移,并确定出孪晶面为{111}。其中,合金在热连轧期间形成的“预存”位错可激活蠕变位错在孪晶内发生单取向和多取向滑移,可减缓因形变产生的应力集中,是提高热连轧合金蠕变抗力,延长蠕变寿命的主要原因。微量元素P、B减弱铌在基体中的扩散能力,阻碍γ"相的粗化,特别是沿晶界析出δ相的钉扎作用,使合金在等温锻造期间变形的抗力增加,因此,GH4169G合金在等温锻造期间不仅发生孪晶形变,而且发生少量不同取向的位错滑移。蠕变期间,晶界仍是不同工艺制备合金中蠕变抗力的最薄弱环节,随蠕变进行,合金中的形变孪晶及位错密度增加,尽管晶界可有效阻碍位错运动,但在近晶界区域存在的位错塞积可引起应力集中。蠕变后期,应力集中可致使裂纹在晶界处萌生和扩展,其中,ITF-GH4169和HCR- GH4169合金均发生沿晶解理断裂,而ITF-GH4169G合金则表现为混晶断裂。
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG131

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