本文關鍵詞：變形高溫合金GH4706組織控制與力學性能優(yōu)化

  更多相關文章： 變形高溫合金GH4706 熱變形行為 本構關系 熱加工圖 動態(tài)再結晶 組織與性能控制

【摘要】：GH4706合金是一種Fe-Ni基變形高溫合金,具有低偏析、可鍛及低成本的優(yōu)點,適合于制備大型渦輪盤鍛件。超大型GH4706合金渦輪盤鍛件為當代F級重型工業(yè)燃氣輪機的關鍵熱端部件,為當今世界上尺寸最大的變形高溫合金渦輪盤鍛件,直徑超過2000mm、重量超過5t。在國內現有冶煉、開坯與鍛造設備的基礎上,超大型GH4706合金渦輪盤鍛件國產化的每一個環(huán)節(jié)均面臨著設備能力的極限挑戰(zhàn)。為了解決其載荷精確預測、組織控制與由尺寸擴大化引起的力學性能衰減問題,本文重點研究了GH4706合金的熱變形行為、顯微組織演化規(guī)律、及微量元素P、B與熱處理工藝參數優(yōu)化,為合金鍛造成型及組織性能控制提供理論依據。研究表明,GH4706合金的真應力-真應變曲線呈現出流變軟化特征,本構關系可由雙曲正弦函數描述,在變形溫度為900℃-1150℃、應變速率為0.001s-1～1s-1條件下平均變形激活能為435.36kJ/mol,應力指數為4.13。基于本構關系構建的GH4706合金數據庫,利用有限元分析可精確預測直徑2000mm以上超大型GH4706合金渦輪盤的鍛造載荷,結合熱加工圖可以優(yōu)化其熱加工工藝。熱加工圖能夠反應變形溫度與應變速率對GH4706合金熱變形過程中變形機制與顯微組織的影響規(guī)律,1nZ值可用于定量描述上述參數的影響。結果表明,在高應變速率下變形溫度低于950℃時,熱加工圖中功率耗散系數η值小于0.23,表現為合金變形易發(fā)生局部流變失穩(wěn)；在低應變速率下,變形溫度為940℃-970℃與1040℃-1140℃范圍內功率耗散系數η值存在兩個峰值區(qū),峰值分別為0.32與0.35,對應著合金的兩種動態(tài)再結晶機制。當合金在1nZ值小于36條件下變形時易形成異常晶粒組織,不利于合金的持久性能,其形成原因是合金的動態(tài)再結晶機制轉變?yōu)閬喚мD動機制。由此,GH4706合金的熱加工工藝應盡量降低變形溫度、提高應變速率。通過設計雙錐熱壓縮試驗,研究了連續(xù)應變分布下GH4706合金的動態(tài)再結晶與η相的交互作用。結果表明,合金動態(tài)再結晶機制為應變誘導原始晶界不連續(xù)弓出機制,動態(tài)再結晶臨界溫度TDRx為975℃。變形溫度低于TDRx時,合金發(fā)生動態(tài)再結晶源于變形升溫。高于為RX變形,合金熱處理后的晶粒尺寸取決于變形溫度,與變形量無關；低于TDRX變形,熱處理后的晶粒尺寸與變形溫度關系不大,隨變形量增大而減小。略低于TDRx變形,由于合金中仍有部分η相殘留,可以充分利用其對亞晶界或晶界的釘扎作用,增大變形量細化合金晶粒。通過加入適量P、B含量能夠在不損失合金拉伸與沖擊性能的基礎上顯著提高持久性能,持久壽命可提高200%左右,為超大型合金渦輪盤鍛件力學性能優(yōu)化提供了新的方法。研究了熱處理制度、固溶處理工藝參數、穩(wěn)化處理時間對合金顯微組織與力學性能的影響。結果表明,大型渦輪盤鍛件用GH4706合金熱處理后的主要析出相為γ'相、γ'-γ"共析出相與η相；考慮上述析出相對合金室溫或高溫下拉伸、沖擊與持久等力學性能的影響,建議GH4706合金的固溶處理工藝為980℃固溶后緩冷,穩(wěn)化處理時間控制在1-3h。
【關鍵詞】：變形高溫合金GH4706 熱變形行為 本構關系 熱加工圖 動態(tài)再結晶 組織與性能控制
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG132.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-37
• 1.1 國內外變形高溫合金的發(fā)展13-24
• 1.1.1 國內外變形高溫合金的發(fā)展趨勢13-15
• 1.1.2 渦輪盤用變形高溫合金技術的發(fā)展15-24
• 1.2 渦輪盤用變形高溫合金在工業(yè)燃氣輪機中的應用24-28
• 1.2.1 國內外燃氣輪機技術的發(fā)展24-26
• 1.2.2 工業(yè)燃氣輪機用超大型渦輪盤材料的發(fā)展26-28
• 1.3 當代重型工業(yè)燃氣輪機用超大型GH4706合金渦輪盤的發(fā)展28-35
• 1.3.1 GH4706合金制備超大型渦輪盤鍛件的適用性28-30
• 1.3.2 超大型GH4706合金渦輪盤鍛件的熱加工制備工藝特點30-32
• 1.3.3 極限制造——我國超大型GH4706合金渦輪盤鍛件的研究現狀32-35
• 1.4 本文的研究內容與意義35-37
• 第2章 試驗材料及分析測試方法37-43
• 2.1 試驗材料37-41
• 2.2 分析測試方法41-43
• 2.2.1 合金顯微組織、結構的表征與分析41-42
• 2.2.2 力學性能測試42-43
• 第3章 GH4706的本構關系及其在超大型渦輪盤鍛造成型中的應用43-61
• 3.1 引言43
• 3.2 研究方法43
• 3.3 試驗結果與討論43-58
• 3.3.1 真應力-真應變曲線43-46
• 3.3.2 本構關系與熱加工圖46-52
• 3.3.3 數值模擬在超大型GH4706合金渦輪盤鍛造中的應用52-58
• 3.4 本章小結58-61
• 第4章 熱變形參數對GH4706合金顯微組織的影響61-81
• 4.1 引言61
• 4.2 熱變形參數對顯微組織的影響規(guī)律61-65
• 4.2.1 熱變形后的典型顯微組織61-63
• 4.2.2 顯微組織與熱加工圖的關系63-65
• 4.3 熱變形參數對動態(tài)再結晶機制的影響65-75
• 4.3.1 動態(tài)再結晶分數、取向差分布與孿晶界的關系65-68
• 4.3.2 動態(tài)再結晶織構與Taylor因子68-72
• 4.3.3 動態(tài)再結晶機制分析72-75
• 4.4 超大型渦輪盤制備過程中的異常晶粒組織控制75-80
• 4.4.1 異常晶粒組織的成因與規(guī)律75-76
• 4.4.2 異常晶粒組織的控制76-80
• 4.5 本章小結80-81
• 第5章 GH4706合金動態(tài)再結晶臨界條件與組織控制81-93
• 5.1 引言81
• 5.2 試驗方法81-83
• 5.3 試驗結果與討論83-92
• 5.3.1 雙錐壓縮試樣的組織83-85
• 5.3.2 動態(tài)再結晶臨界條件的確定85-88
• 5.3.3 η相對晶�？刂频挠绊�88-92
• 5.4 本章小結92-93
• 第6章 GH4706合金的組織性能優(yōu)化93-121
• 6.1 微量元素P、B含量改善持久性能93-101
• 6.1.1 研究方法93-94
• 6.1.2 P、B元素含量對力學性能的影響94-96
• 6.1.3 P、B元素含量對斷口形貌的影響96-99
• 6.1.4 P、B元素對持久性能的作用機制分析99-101
• 6.2 熱處理制度對合金組織性能的影響101-107
• 6.2.1 研究方法101
• 6.2.2 熱處理制度對顯微組織的影響101-103
• 6.2.3 熱處理制度對力學性能的影響103-104
• 6.2.4 大規(guī)格GH4706合金棒坯的力學性能優(yōu)化104-107
• 6.3 大型渦輪盤鍛件的固溶處理工藝參數優(yōu)化107-112
• 6.3.1 研究方法107
• 6.3.2 固溶處理工藝參數對顯微組織的影響107-110
• 6.3.3 固溶處理工藝參數對力學性能的影響110-112
• 6.4 大型渦輪盤鍛件的穩(wěn)化處理時間優(yōu)化112-120
• 6.4.1 研究方法113
• 6.4.2 穩(wěn)化處理時間對顯微組織的影響113-116
• 6.4.3 穩(wěn)化處理時間對力學性能的影響116-120
• 6.5 本章小結120-121
• 第7章 結論121-123
• 參考文獻123-137
• 創(chuàng)新點137-139
• 研究工作展望139-141
• 在學期間發(fā)表論文目錄141-143
• 致謝143

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本文編號：864592