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《哈尔滨工业大学》 2007年
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喷射成形GH742y合金热变形行为及时效特性

康福伟  
【摘要】: 本文利用喷射成形技术制备了GH742y高温合金沉积锭,并对其进行了热等静压(Hot Isostatic Pressed-HIP)致密化处理(以下简称喷射成形合金)。采用热压缩实验研究了喷射成形合金的变形能力和变形行为,建立了材料本构方程、激活能图及热加工图,确定了其最佳热加工参数范围,并对其进行了锻造加工。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了喷射成形GH742y合金变形过程中组织演变特点,揭示了其变形特性机制;利用电阻率和正电子湮没技术研究了锻造后的喷射成形GH742y合金时效特性,建立了该状态下合金γ′相长大动力学方程,确定了其合理的热处理工艺;最后测试并分析了热处理后的喷射成形GH742y合金室温和高温力学性能。在研究过程中利用铸造+HIP GH742y合金(以下简称铸造合金)进行了某些对比研究。 喷射成形和铸造合金的热变形实验结果表明,在实验条件内,两种状态合金的真应力-真应变曲线变化趋势基本相同,即随着温度降低或应变速率升高,峰值应力增加。在1050℃时,铸造合金应力上升到峰值后突然降低,应变速率越高此现象越明显。喷射成形合金的变形能力远远优于铸造合金的变形能力,在1140℃,1.0~10s-1条件下变形,喷射成形合金最大变形量可达80%,而铸造合金在1140℃,0.01s-1变形条件下的最大变形量仅为35%;实验还发现,喷射成形合金的变形能力随应变速率升高而增加,铸造合金的则与之相反。 利用真应力-真应变曲线数据建立了喷射成形GH742y合金的本构方程。结果表明,形式为ln Z = 72+0.018σP的指数函数本构方程不适合描述合金的流变形为,而形式为sinh (0 .0031σp ) = exp(0 .23lnε +25695T?18.34)的双曲正弦函数本构方程比较合适,经验算该方程与实验结果吻合较好。 利用热变形实验数据建立了喷射成形合金变形激活能图和热加工图,该图为制订合理的热加工工艺提供了理论依据。在变形温度1110~1140℃,应变速率1.0~10s-1条件下,激活能图中存在一个小平台区;而此条件也是热加工图中的稳态变形区,且能量耗散率具有较大值,在该区域变形合金具有较好的变形能力,初步确定该变形条件为合金的热加工条件;变形温度1050~1108℃,应变速率0.01~0.1s-1的条件为热加工图中的流变失稳区,合金在此条件下变形试样开裂,应避免在此区域变形。 对变形后的喷射成形GH742y合金微观组织观察表明,合金在变形过程中发生的动态再结晶(DRX)组织随变形温度、应变速率的升高以及压下量增加从部分再结晶逐步发展为完全再结晶。高应变速率下的变形温度升高、孪生变形、亚晶内部的位错运动以及空位浓度的增加,都促进再结晶程度的增加,从而喷射成形合金的变形能力随应变速率或变形温度的升高而增强。铸造合金的DRX组织则与之相反,随应变速率升高,DRX程度小且不均匀,合金变形能力变差。 喷射成形GH742y合金的峰时效时间(8小时)比铸造合金的锋时效时间(12~16小时)明显缩短,而峰时效硬度值(514.33HV)则高于铸造合金的峰时效硬度值(508.61HV)。计算表明喷射成形合金固溶度(4.668%)比铸造合金固溶度(4.588%)高,而前者空位迁移能(0.165eV)却比后者(1.12eV)低;喷射成形合金的空位浓度、位错密度均比铸造合金的高。这些是喷射成形合金在时效过程中呈现时效加速特征,表现为锋时效时间缩短的主要原因。 喷射成形高温合金短期时效过程γ′相长大规律很好地符合LSW熟化理论,即满足r 3∝t的关系。通过计算求得γ′相扩散激活能为133.9kJ/mol,从而得到γ′相长大动力学方程为: 从固溶和时效的研究结果确定了两种热处理工艺,HT1:1140℃(6h)+850℃(6h)+空冷(AC),HT2:1140℃(6h)+850℃(6h)+780℃(8h)+AC。喷射成形合金经上述两种热处理后由于一次γ′相、二次和三次γ′相的配合,室温拉伸、高温拉伸及高温持久性能均优于传统铸锻GH742y合金经标准热处理后的性能,其中以HT2处理后的合金性能更好;拉伸断口分析表明断裂机制以韧窝聚集型断裂为主。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG132.32

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