無錫國勁合金有限公司專業(yè)供應高溫、高壓、耐蝕合金無縫管、管件產(chǎn)品。公司產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成為核火電廠、石油、化工、汽車等行業(yè)供應商。
Monel400鍛件高溫合金是國家科技發(fā)展水平及國防能力的標志性重要金屬材料,一直以來廣受世界材料界的關(guān)注。但隨著社會和國防工業(yè)的不斷發(fā)展,對高溫合金性能要求不斷提高。為此,近年來利用能量密度高、可控制、應用成本低及環(huán)保的靜電場處理,改善高溫合金化組織與性能成為研究之熱點,但靜電場下高溫合金組織演化機理尚未澄清,本文以我國無錫國勁合金有限公司航天等領域應用zui廣泛的鎳基變形高合金GH4169為對象,借助掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、內(nèi)耗及正電子湮沒等分析技術(shù),研究了靜電場時效對合金的組織演化影響和機理,以期為實現(xiàn)靜電場下高溫合金的組織有效控制與強韌化提供基礎。研究所獲主要結(jié)論如下：(1)靜電場有效地促進了GH4169合金時效中原子的熱運動,誘發(fā)合金空位數(shù)量的大幅上升、平均尺寸增加。(2)靜電場誘發(fā)GH4169合金時效中的單空位定向遷移所形成的空位流,并促進了單空位向空位團簇的轉(zhuǎn)化,由此加速析出相的粗化。在1023 K和1073K時效下施加6 kV/cm靜電場,合金中γ’相和γ"相的粗化過程服從LSW擴散控制規(guī)律,丫’相和γ"相的長大激活能分別為115.6 kJ·mol-1和198.1 kJ·mol-1,與常規(guī)時效處理時的相比,分別下降了52.2%和30.6%。同時,靜電場加速了Al和Nb原子的短程擴散,使其在基體中的擴散系數(shù)升高,達到其在未加電場時效擴散系數(shù)的1.6～5.0倍。(3)對板狀GH4169合金時效中施加靜電場,在試樣內(nèi)電場強度在D層達到均勢,即產(chǎn)生由試樣D層分別向上下表面遷移的空位流,由此誘發(fā)了Fe和Cr原子在D層的偏聚。偏聚的大量Fe和Cr原子使合金晶格產(chǎn)生嚴重的畸變,從而引起此層合金的硬化。(4)經(jīng)標準熱處理GH4169合金在798 K進行保溫10h的8 kV/cm靜電場處理,合金基體中空位數(shù)量大幅增加,具有較高的缺陷能。在10-4 s-1和10-2s-1應變速率下進行室溫拉伸,由靜電場處理誘發(fā)的晶格畸變和增多的間隙原子對較低運動速率的位錯產(chǎn)生了明顯的阻礙作用,使合金屈服強度和抗拉強度提高。在室溫低應變速率拉伸時,在試樣頸縮區(qū)域,累積的應變能和初始較高的缺陷能使該區(qū)域內(nèi)能大幅提升,為局部原子的重新排列提供了能量,合金晶粒發(fā)生碎化,得到均勻細小的晶粒。(5)靜電場處理誘發(fā)的大量間隙原子對位錯滑移的阻礙作用與基體中位錯的運動速率密切相關(guān)。位錯運動速率越低,其阻礙作用越顯著,使靜電場處理GH4169合金低應變速率(10-4 s-1和10-2 s-1)拉伸的應變速率敏感指數(shù)為-0.011。在室溫高應變速率(102s-1和103 s-1)拉伸過程中,位錯運動速率大幅提高,間隙原子對位錯滑移的阻礙作用變得極其微弱,由于多滑移系的開動,位錯密度隨應變速率的升高不斷增加,靜電場處理GH4169合金的應變速率敏感指數(shù)上升。(6)由于靜電場誘發(fā)GH4169合金間隙原子的大量增多,促進了間隙原子對位錯的釘扎,因此,在923 K、10-2 s-1拉伸時,合金發(fā)生動態(tài)應變時效表現(xiàn)出了形成激活能較高的B型鋸齒波。這是由于前期的靜電場處理使GH4169合金發(fā)生動態(tài)應變時效的形成激活能降低,在高溫變形過程中,大量的空位和間隙原子對位錯的攀移及湮沒形成了明顯的阻礙作用,促進了位錯密度的上升,進而降低了發(fā)生動態(tài)應變時效的合金在完成單個鋸齒起伏的應力差和所需熱激活時間。
GH4169高溫合金是一種時效硬化鎳-鉻-鐵基變形合金。該合金的組織性能穩(wěn)定,并且直到650℃還具有優(yōu)異的力學性能,在變形高溫合金生產(chǎn)中一直占主導地位。強度高、可焊性好是這個合金的突出優(yōu)點,它的用途較一般高溫合金廣泛。但是,由于其冷成形困難,只能采用鍛造、擠壓、焊接、機械加工等方法成形,制造成本非常高,在應用上有所限制。而超塑性成形具有成形壓力低、變形大和能獲得的外形尺寸等優(yōu)點,是難變形材料的理想成形方法。高溫合金的超塑性現(xiàn)象與鋁、鈦合金相比,發(fā)現(xiàn)得較晚,而鎳基高溫合金的GH4169的超塑性研究及應用則更晚。因此,研究GH4169高溫合金的超塑性并指導其在工程方面的應用很具有現(xiàn)實意義。本文對GH4169高溫合金進行細晶化處理,并采用zui大m值超塑性法和形變誘發(fā)超塑性法對其進行高溫拉伸實驗,主要得到以下結(jié)論:1.在GH4169高溫合金細晶的獲取工藝技術(shù)方面,得出了較佳的細晶化處理工藝:鍛造熱變形+890℃×10h析出足夠數(shù)量的δ相+950℃×3h再結(jié)晶退火熱處理。鍛后熱處理消除了由于鍛造造成的晶粒大小粗細不均現(xiàn)象,獲得等軸均勻的細小晶粒。析出的δ相有助于控制后續(xù)進行的超塑性拉伸實驗拉伸變形時再結(jié)晶的晶粒尺寸。2.GH4169高溫合金經(jīng)過細晶化處理后,與原始坯料相比,有效的提高了材料的延伸率,降低流動應力。3.在不同溫度下,對GH4169高溫合金進行高溫拉伸實驗,得出此合金在較寬的變形溫度范圍（T=950℃～1020℃）內(nèi),顯示出良好的超塑性,無錫國勁合金有限公司變形溫度為950℃。4.形變誘發(fā)超塑性法拉伸預先對試樣進行了一定量的預變形,細化了高溫合金的晶粒,尤其對于熱處理后的試樣,變形時基體中均勻分布的δ相限制了再結(jié)晶晶粒的晶界遷移,對細化晶粒起到了輔助作用。所以對于GH4169高溫合金來說,采用形變誘發(fā)超塑法拉伸要優(yōu)于zui大m值法拉伸。zui大m值法拉伸zui大延伸率達到了340%,而形變誘發(fā)達到了566%。當采用zui大m值超塑性拉伸時,應變速率敏感性指數(shù)m值大部分在0.15～0.4之間變化,相對應的應變速率變化范圍為2×10-4～6×10-4 s-1。通過本文的研究,在理論和實踐上確定了一條實用有效的GH4169高溫合金細晶處理工藝,并將zui大m值法及形變誘發(fā)超塑性法成功的應用在此合金上,為GH4169高溫合金的超塑性研究及其應用開辟了一條新的途徑。
