【摘要】：GH3625合金主要應(yīng)用于航天航空、石油化工等領(lǐng)域的管道系統(tǒng),而傳統(tǒng)的熱擠壓管材制備工藝中鍛造開坯環(huán)節(jié)難以控制,很容易形成微裂紋或斷裂。因而本課題針對傳統(tǒng)的制管工藝進(jìn)行了研究改進(jìn),提出了一種省去鍛造開坯環(huán)節(jié)的短流程熱擠壓GH3625無縫管材的制備方法,直接從電渣空芯鑄錠到熱擠壓出荒管再冷軋/冷拔為成品管材的工藝路線。改進(jìn)的工藝中必然存在一些新的關(guān)鍵性技術(shù)問題,本文對提出的短流程管材制備工藝中的凝固偏析、均勻化效果評定、熱變形行為及管材熱擠壓、熱擠壓管材開裂問題和荒管時(shí)效處理這五個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)問題進(jìn)行了研究,為該合金管材短流程熱擠壓工藝的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ),從而指導(dǎo)實(shí)踐,提高成材率。利用共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)對GH3625合金在不同冷卻速率下(30℃/min、100℃/min和200℃/min)的凝固過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)原位觀察,研究了合金的凝固組織演變及相析出規(guī)律。結(jié)果表明:GH3625合金的液相線溫度在1356.5℃,在凝固過程中自由表面液相分?jǐn)?shù)隨溫度和時(shí)間的變化關(guān)系滿足Avrami方程;凝固過程中相的析出順序依次為γ基體相、碳化物和laves相;隨著冷卻速率的增大,枝晶細(xì)化,枝晶間距減小,成分偏析減輕,laves相分布更加彌散,且以析出共晶laves相為主;凝固末期大量的Nb元素富集在枝晶間和晶界,是形成laves相的主要原因。本課題在前期工作中進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),制定了GH3625合金的二段式均勻化工藝:1140℃/10h+1210℃/48h。本文通過ClSM、DSC、SEM、EDS和均勻化動(dòng)力學(xué)方程對均勻化過程中的偏析元素及偏析相進(jìn)行了定量分析與表征。結(jié)果表明:GH3625合金中存在較為嚴(yán)重的Nb、Mo偏析及低熔點(diǎn)laves相,laves相的回溶溫度為1171℃;第一階段均勻化處理后基本消除了Laves相,第二階段明顯降低了Nb、Mo等元素的偏析;通過原位觀察,均勻化處理后合金中的laves相明顯回溶,碳化物(NbC)的回溶溫度無明顯變化,而γ基體的熔點(diǎn)明顯提高了10℃。采用Gleeble3800熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)對GH3625合金進(jìn)行高溫壓縮實(shí)驗(yàn)研究其熱變形行為,變形溫度為800~1200℃、應(yīng)變速率為0.01~10s-1。結(jié)果表明:GH3625合金的熱變形激活能Q=512.97KJ/mol;GH3625合金的熱加工圖中存在六個(gè)不穩(wěn)定變形區(qū)域和一個(gè)加工安全區(qū)域,其中加工安全區(qū)溫度為1100~1200℃、應(yīng)變速率為0.1~2s-1,該區(qū)域主要的變形機(jī)制為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,所對應(yīng)的工藝參數(shù)適合進(jìn)行管材熱擠壓;確定熱擠壓溫度為1150℃、擠壓速度為50mm/s、擠壓比為7.4,熱擠壓荒管組織為部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒、形變孿晶及少量原始晶粒的混合組織,其抗拉強(qiáng)度達(dá)到了771 MPa。針對GH3625合金熱擠壓開裂爆裂管材進(jìn)行研究,通過分析管材的組織、斷口、溫度分布、應(yīng)力分布,探討裂紋形成機(jī)理。結(jié)果表明:管坯在擠壓開始2s后與模具接觸位置在徑向先受到一個(gè)較大的壓應(yīng)力,而后瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力,落差達(dá)到了517 MPa,當(dāng)這種附加拉應(yīng)力大于合金此溫度下的斷裂強(qiáng)度時(shí)可能助長管材表面裂紋的產(chǎn)生,這是外因;熱擠壓過程中過大的擠壓比(9.86)產(chǎn)生很大的應(yīng)變集中和應(yīng)力集中,誘發(fā)孔洞、微裂紋在晶界的夾雜物或脆性相附近形核,集中應(yīng)力作用下孔洞合并形成微裂紋,進(jìn)而引發(fā)合金失穩(wěn)脆斷,斷裂機(jī)制主要為解理斷裂,這是內(nèi)因。研究了時(shí)效溫度為720℃時(shí)不同時(shí)效時(shí)間對GH3625合金熱擠壓管材組織和性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),擠壓態(tài)GH3625合金在720℃長期時(shí)效后主要析出M23C6、γ"相和δ相,合金的強(qiáng)度和硬度均提高,塑性急劇下降。隨著時(shí)效時(shí)間的延長,部分M23C6轉(zhuǎn)變?yōu)镸6C,大部分γ"相轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧瞀南?時(shí)效5000h后δ相由長針狀變?yōu)殚L棒狀,減弱了γ"相對合金的強(qiáng)化作用;δ相隨著時(shí)效時(shí)間的延長發(fā)生長大,平均長度的長大速率為5.9×108 nm3/h,遵循LSW理論,而平均寬度的粗化卻偏離了LSW理論。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG379

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2427659