噴射成形GH742y合金熱變形行為及時(shí)效特性.pdf

1、本文利用噴射成形技術(shù)制備了GH742y高溫合金沉積錠，并對(duì)其進(jìn)行了熱等靜壓（HotIsostaticPressed-HIP）致密化處理（以下簡稱噴射成形合金）。采用熱壓縮實(shí)驗(yàn)研究了噴射成形合金的變形能力和變形行為，建立了材料本構(gòu)方程、激活能圖及熱加工圖，確定了其最佳熱加工參數(shù)范圍，并對(duì)其進(jìn)行了鍛造加工。利用掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）研究了噴射成形GH742y合金變形過程中組織演變特點(diǎn)，揭示了其變形特性機(jī)制；利用電阻率和正電子

2、湮沒技術(shù)研究了鍛造后的噴射成形GH742y合金時(shí)效特性，建立了該狀態(tài)下合金γ′相長大動(dòng)力學(xué)方程，確定了其合理的熱處理工藝；最后測(cè)試并分析了熱處理后的噴射成形GH742y合金室溫和高溫力學(xué)性能。在研究過程中利用鑄造+HIPGH742y合金（以下簡稱鑄造合金）進(jìn)行了某些對(duì)比研究。
　　噴射成形和鑄造合金的熱變形實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)條件內(nèi)，兩種狀態(tài)合金的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線變化趨勢(shì)基本相同，即隨著溫度降低或應(yīng)變速率升高，峰值應(yīng)力增加。在1

3、050℃時(shí)，鑄造合金應(yīng)力上升到峰值后突然降低，應(yīng)變速率越高此現(xiàn)象越明顯。噴射成形合金的變形能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鑄造合金的變形能力，在1140℃，1.0～10s-1條件下變形，噴射成形合金最大變形量可達(dá)80％，而鑄造合金在1140℃，0.01s-1變形條件下的最大變形量僅為35%；實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，噴射成形合金的變形能力隨應(yīng)變速率升高而增加，鑄造合金的則與之相反。
　　利用真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線數(shù)據(jù)建立了噴射成形GH742y合金的本構(gòu)方程。結(jié)果表明，

4、形式為lnZ+=072σ018.P的指數(shù)函數(shù)本構(gòu)方程不適合描述合金的流變形為，而形式為(sinh.00031σp)(=exp.02325695lnε&+T?18)34.的雙曲正弦函數(shù)本構(gòu)方程比較合適，經(jīng)驗(yàn)算該方程與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　　利用熱變形實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了噴射成形合金變形激活能圖和熱加工圖，該圖為制訂合理的熱加工工藝提供了理論依據(jù)。在變形溫度1110～1140℃，應(yīng)變速率1.0～10s-1條件下，激活能圖中存在一個(gè)小平臺(tái)區(qū)；

5、而此條件也是熱加工圖中的穩(wěn)態(tài)變形區(qū)，且能量耗散率具有較大值，在該區(qū)域變形合金具有較好的變形能力，初步確定該變形條件為合金的熱加工條件；變形溫度1050～1108℃，應(yīng)變速率0.01～0.1s-1的條件為熱加工圖中的流變失穩(wěn)區(qū)，合金在此條件下變形試樣開裂，應(yīng)避免在此區(qū)域變形。
　　對(duì)變形后的噴射成形GH742y合金微觀組織觀察表明，合金在變形過程中發(fā)生的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶（DRX）組織隨變形溫度、應(yīng)變速率的升高以及壓下量增加從部分再結(jié)晶逐步

6、發(fā)展為完全再結(jié)晶。高應(yīng)變速率下的變形溫度升高、孿生變形、亞晶內(nèi)部的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)以及空位濃度的增加，都促進(jìn)再結(jié)晶程度的增加，從而噴射成形合金的變形能力隨應(yīng)變速率或變形溫度的升高而增強(qiáng)。鑄造合金的DRX組織則與之相反，隨應(yīng)變速率升高，DRX程度小且不均勻，合金變形能力變差。
　　噴射成形GH742y合金的峰時(shí)效時(shí)間（8小時(shí)）比鑄造合金的鋒時(shí)效時(shí)間（12～16小時(shí)）明顯縮短，而峰時(shí)效硬度值（514.33HV）則高于鑄造合金的峰時(shí)效硬度值（5

7、08.61HV）。計(jì)算表明噴射成形合金固溶度（4.668%）比鑄造合金固溶度（4.588%）高，而前者空位遷移能（0.165eV）卻比后者（1.12eV）低；噴射成形合金的空位濃度、位錯(cuò)密度均比鑄造合金的高。這些是噴射成形合金在時(shí)效過程中呈現(xiàn)時(shí)效加速特征，表現(xiàn)為鋒時(shí)效時(shí)間縮短的主要原因。
　　噴射成形高溫合金短期時(shí)效過程γ′相長大規(guī)律很好地符合LSW熟化理論，即滿足r∝3的關(guān)系。通過計(jì)算求得γ′相擴(kuò)散激活能為133.9kJ/mol

8、，從t而得到γ′相長大動(dòng)力學(xué)方程為：rrt3?×=13?????t???133exp9.?30.91036T????RT??。
　　從固溶和時(shí)效的研究結(jié)果確定了兩種熱處理工藝，HT1：1140℃（6h）＋850℃（6h）＋空冷（AC），HT2：1140℃（6h）＋850℃（6h）＋780℃（8h）＋AC。噴射成形合金經(jīng)上述兩種熱處理后由于一次γ′相、二次和三次γ′相的配合，室溫拉伸、高溫拉伸及高溫持久性能均優(yōu)于傳統(tǒng)鑄鍛GH742y