固溶处理GH4169合金的高温变形行为.pdf

第3 1 卷第2 期 航空学报 V 0 1 3 1N o 2 2 01O 年 2 月A C T AA E R O N A U T I C AE TA S T R O N A U T I C AS I N I C A F e b 2 010 文章编号：1 0 0 0 6 8 9 3 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 3 6 8 0 9 固溶处理G H 4 16 9 合金的 古：日爿k 同皿又形行为 李晨，李淼泉，王柯 ( 西北工业大学材料科学与工程学院，陕西西安 7 1 0 0 7 2 ) D e f o r m a t i o nB e h a v i o ro fN i c k e lB a s e dS u p e r a l l o yG H 4 16 9T h r o u g hS o l u t i o nT r e a t m e n t L iC h e n ，L iM i a o q u a n ，W a n gK e ( S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e r s i t y ，X i a n 7 1 0 0 7 2 ，C h i n a ) 摘要：对G H 4 1 6 9 合金进行了固溶温度为12 3 3 ，I2 5 3 ，12 7 3 ，12 9 3K ，保温时间为3 0 6 0m i n 的固溶处理 试验，得到了G H 4 1 6 9 合金中8 相形貌由针状向短棒状和颗粒状转变，数量逐渐减少直至消失的演变规律。 将固溶处理后的G H 4 1 6 9 合金通过热模拟压缩实验，研究变形工艺参数和固溶处理对G H 4 1 6 9 合金高温变形 行为的影响。热模拟压缩实验时选取的变形温度为11 2 3 12 8 8K ，应变速率为0 1 1 0 0S ，变形程度为 6 0 。结果表明：流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而迅速增大，8 相不仅使流动应力降低，而且 对动态再结晶过程产生强烈的促进作用；利用多元回归分析方法建立的流动应力模型的计算值与实验值的 误差小于l o ，较好地描述了固溶处理G H 4 1 6 9 合金在高温变形过程中的塑性流动行为。 关键词：高温合金；热处理；相转变；塑性变形；模型 中图分类号：V 2 5 2 ；T G l 3 2 4文献标识码：A A b s t r a c t ：T h em i c r o s t r u c t u r eo b s e r v a t i o nr e s u l t so fs u p e r a l l o ys u p e r a l l o yG H 4 1 6 9s h o wt h a td u r i n gt h eh o l d i n gt i m ea t12 3 3 ，12 5 3 ，12 7 3a n d12 9 3Kf o r3 0u pt O6 0m i n u t e st h em o r p h o l o g yo ft h e8p h a s ec h a n g e s f r o ml o n gn e e d l es h a p et Os h o r tb a r sa n dp a r t i c l e s ，a c c o m p a n i e sb yac o r r e s p o n d i n gt h ed e c r e a s eo f8p h a s e c o n t e n tu n t i li td i s a p p e a r s T h ee f f e c to ft h ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r sa n ds o l u t i o nt r e a t m e n to nt h ed e f o r m a t i o n b e h a v i o ro fs u p e r a l l o yG H 4 1 6 9i si n v e s t i g a t e du s i n gc o m p r e s s i o nt e s t s E x p e r i m e n t sa r ec a r r i e dO U ti naT h e r m e e m a s t e r _ Zs i m u l a t o ra td e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r e so f11 2 3 - 12 8 8K ，a n ds t r a i nr a t e so f0 1 - 1 0 0s T h e r e s u l t ss h o w st h a tt h ef l o ws t r e s si n c r e a s e sd r a s t i c a l l yw i t ht h ed e c r e a s eo fd e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r ea n dt h ei n c r e a s eo fs t r a i nr a t e T h ee x i s t e n c eo ft h e8p h a s en o to n l yd e c r e a s e st h ef l o ws t r e s s 。b u ta l s oe f f e c t i v e l yp r o m o t e st h ed y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o np r o c e s s T h ef l o ws t r e s sm o d e lo fs u p e r a l l o yG H 4 1 6 9d u r i n gh i g ht e m p e r a - t u r ed e f o r m a t i o ni se s t a b l i s h e db yu s i n gt h er e g r e s s i o nm e t h o d T h ea v e r a g er e l a t i v ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e c a l c u l a t e da n dt h ee x p e r i m e n t a lf l o ws t r e s si sl e s st h a n1 0 I tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h ef l o ws t r e s sm o d e lc a n e f f i c i e n t l y e f f e c t i v e l yp r e d i c tt h ed e f o r m a t i o nb e h a v i o ro fs u p e r a l l o yG H 4 1 6 9d u r i n gh i g ht e m p e r a t u r ed e f o r m a - t i o n K e yw o r d s ：s u p e r a l l o y s ；h e a tt r e a t m e n tp h a s et r a n s i t i o n ；p l a s t i cd e f o r m a t i o n ；m o d e l G H 4 1 6 9 合金是镍一铬一铁基高温合金，它以 7 相为基体，通过沉淀析出y ( N i 。N b ) 和7 N i 。( A I ，T i ) 相达到弥散强化，使其具备足够的 高温强度、抗氧化和耐腐蚀性能及良好的综合 性能。因此G H 4 1 6 9 合金广泛用于制造航空涡 轮发动机热端部件和航天火箭发动机高温部 件，是现代航空、航天领域必不可少的关键材料 之一 1 - 5 。 G H 4 1 6 9 合金在高温塑性变形过程中对变 形工艺参数非常敏感，具有变形抗力大，成形极 收稿日期：2 0 0 8 - 1 2 0 1 ：修订日期：2 0 0 9 0 2 1 6 基金项目：西北1 二业大学基础研究基金( N P U F F R 一0 0 6 ) 通讯作者：李淼泉E - m a i l ：h o n e y m l i n w p u e d u c a 其困难的特点。为了保证G H 4 1 6 9 合金塑性变 形构件的质量稳定性，众多学者对G H 4 1 6 9 合 金的高温塑性变形行为和变形性能研究十分 关注。R S r i n i v a s a n 等口1 在变形温度为8 7 1 11 4 9 和应变速率为0 0 0 1 1 0 0 0 0s _ 1 下研 究了细晶I N 7 1 8 合金的高温变形力学行为，建 立了流动应力与变形速率的关系模型。A T h o m a s 等 7 1 对G H 4 1 6 9 合金的高温塑性变形力学 行为进行了分析，探讨了其高温塑性变形机制。J M Z h a n g 等 8 3 在变形温度为9 6 0 10 4 0 、应变 速率为0 0 0 1 1 0 0 0S 叫和应变为0 1 O 7 条件 下研究了I N 7 1 8 合金的塑性变形速率强化行为。 李淼泉掣9 3 基于G H 4 1 6 9 合金高温塑性变形时 万方数据 第2 期李晨等：同溶处理G H 4 1 6 9 合金的高温变形行为 的流动应力特征，运用模糊神经网络理论建立了 其流动应力模型。 除此之外，G H 4 1 6 9 合金在不同的加工过 程和不同的热处理制度下可获得很多种显微组 织，其中亚稳的y 相在高温下易于粗化和转化 为成分与y 相相同、正交有序结构的稳定相8 ， 使合金性能降低或失效 1 引，成为限制发动机使 用温度提高的瓶颈。近年来，关于8 相含量对合 金微观性能、高温持久性能的影响规律很多学 者已进行了大量的研究。杨玉荣等 1 1 针对晶粒 度为4 5 级的普通类型锻件进行了8 7 0 不 同时间中间热处理，得到适当数量8 相析出可使 G H 4 1 6 9 合金持久寿命大幅度提高的结论。刘 东等 1 2 在实验研究的基础上，提出通过控制艿 相获得细晶组织的I N 7 1 8 合金锻件的锤上锻造 工艺。 G H 4 1 6 9 合金的高温变形行为不仅受到变 形温度、应变速率、变形量等变形工艺条件的直 接控制，同时8 相含量也使组织演变过程呈现 出复杂的规律。但是，目前关于8 相对G H 4 1 6 9 合金高温塑性变形行为的影响规律缺乏深入研 究。因此，本文通过研究变形前不同加热温度 和保温时间对材料微观组织的影响，实现变形 试样原始组织的精确控制，以G H 4 1 6 9 合金的 热模拟压缩实验为基础，研究不同固溶处理条 件对G H 4 1 6 9 合金的高温塑性变形行为的影 响，分析变形工艺参数和固溶处理对流动应力 的影响规律，利用多元回归分析方法建立 G H 4 1 6 9 合金高温塑性变形时的流动应力模型， 并对模型的有效性进行验证。 1 实验方法 实验用G H 4 1 6 9 合金的成分( 质量分 数，) 为：N i5 4 1 0 ，C r1 9 3 9 ，N b + T a5 2 1 5 8 1 ，M o3 0 5 ，A l 0 5 3 ，T i1 0 2 ，其余为F e 。 G H 4 1 6 9 合金的固溶处理实验在S X - 1 0 1 3 型箱 式电阻炉中完成，固溶处理实验方案是：固溶温 度( K ) ：12 3 3 ，12 5 3 ，12 7 3 ，l2 9 3 ；保温时间 ( r a i n ) ：3 0 ，6 0 ；快速水冷至室温以保留