新型镍基粉末高温合金的高温变形行为

２航空材料学报第３０卷

Ｈｆ０．２，Ｎｉ为基体。沿锭坯轴向用线切割切取４＇８ｍｍ×１５ｍｍ的小圆柱样，热模拟实验在Ｇｌｅｅｂｌｅ一１５００热模拟机上进行。考虑到实际生产中合金热成形工艺采用等温锻造成形，本研究中变形采用圆柱轴向压缩方式，保证试样表面及两端光滑，压缩时在试样两端垫石墨片以减少摩擦。实验变形温度为９５０一１１５０℃，应变速率为０．０００３～１ｓ～，变形量为５０％，保温时间为５ｍｉｎ，由Ｇｌｅｅｂｌｅ．１５００热模拟机配套的计算机自动采集应力、应变和温度数据，通过Ｏｒｉｇｉｎ７．５软件对实验数据进行处理。利用Ｏｌｙｍｐｕｓ光学金相显微镜观察合金的金相组织，所用化学浸蚀剂为ＣｕＣｌ２（１０９）＋ＨＣＩ（５０ｍＬ）＋Ｈ２０（５０ｍＬ），浸蚀时间为３０—６０ｓ。

图１ＦＧＨ９８Ｉ合金的热等静压态组织

Ｆｉｇ．１Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｈｏｔｉｓｏｓｔａｔｉｃ

ｐｒｅｓｓｅｄａｌｌｏｙＦＧＨ９８Ｉ

２结果ｓ分斌

２．１新型镍基粉末高温合金的高温流变曲线新型第三代镍基粉末高温合金ＦＧＨ９８Ｉ在不同变形条件下的真应力一真应变曲线如图２所示。由图２可知，合金在高温热压缩变形时流变应力的基本变化趋势是：先随应变量增加而迅速增大，出现应力峰值后又逐渐减小，当达到一定应变量时其流变应力基本不变。这是因为：在变形开始阶段，加工硬化占主导地位，位错由于塑性变形而产生大量增殖和缠结，其硬化作用远超过因位错湮没和重组而造成的软化作用；但随着应变量不断增大，位错密度不断增高，再结晶驱动力不断增大，使动态再结晶速率大为加快，软化作用不断增强，从而表现为流变应力的增长速率随应变的增长不断减小，即流变曲线斜率逐渐减小；当流变应力达到峰值时，表明动态再结晶的软化速率与加工硬化速率基本相等，随着变形进一步深入，动态再结晶得以继续发展，此时软化作用开始占主导地位，从而使流变应力开始持续下

降，最后动态再结晶软化作用与加工硬化作用趋于动态平衡时，其流变应力也趋于稳定值¨“”。。当ＦＧＨ９８Ｉ合金在较高温度和较低应变速率下变形时（如变形温度为１１５０℃、应变速率为０．０００３ｓ“），流变应力随应变量的增加达到峰值后，基本呈稳态流变特征，峰值应力近于水平发展，此时加工硬化和动态回复软化已达到动态平衡。

另外，当应变速率一定时，ＦＧＨ９８Ｉ合金流变应力随着变形温度的升高而降低。这主要是因为温度升高，合金中原子活动能力增强，原子间结合力降低，更多的滑移系得以启动，位错具有更高活动能力，能克服钉扎作用而做特定运动如螺位错的交滑移和刃位错的攀移；同时合金动态再结晶的形核率和长大速率也随之增加，使动态再结晶软化作用增强，导致流变应力降低Ⅲ’。而当变形温度一定时，ＦＧＨ９８Ｉ合金的流变应力随着应变速率的增大而增大，这主要是由于应变速率增大，达到相同应变量的时间缩短，位错数目增多和运动速率增大，其相互交割的几率增多，从而提高了变形时启动滑移系的临界切应力，导致流变应力随之增大。综合以上高温流变曲线的变化规律，在制定ＦＧＨ９８Ｉ合金热变形工艺时，须充分考虑变形温度和应变速率对流变应力的影响，当注重提高合金热变形后的力学性能和减少热变形后的冷却过程中因残余应力导致的开裂时，应选择较低变形速率和变形温度为宜。

２．２新型粉末高温合金的动态ＲＴＴ曲线

动态Ｒ＂ＩＴ（Ｒｅｅｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ—Ｔｉｍｅ—Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）曲线指动态再结晶、时间与变形温度曲线。依据图２的真应力．真应变曲线可知，ＦＧＨ９８Ｉ合金在高温变形过程中发生动态再结晶需一个临界变形量占。，只有当应变量占＞占。时，才可能发生动态再结晶。一般近似认为，８。等于峰值应力盯。所对应的应变量占。，于是将达到峰值应变￡，的时间定义为动态再结晶的开始时间ｔ，按式（１）可求得ｔ值¨“：

ｆ：＿８ｐ（１）

ｇ

从ＦＧＨ９８Ｉ合金真应力一真应变曲线（图２）中采集不同应变速率和变形温度下的峰值应变占。，根据式（１）计算不同变形条件下的时间ｔ，分别作出ＦＧＨ９８Ｉ合金的峰值应变图和动态Ｒ１Ｔｒ曲线，如图３所示。

由图３ａ可知，当变形温度一定时，其峰值应变占。随应变速率的降低而降低，但当应变速率≤０．００１ｓ“时，该趋势不再明显。当应变速率为０．１

ｓ。１时，其峰值应变占。随着变形温度的升高而降

新型镍基粉末高温合金的高温变形行为

作者：吴凯， 刘国权， 胡本芙， 李峰， 张义文， 陶宇， 刘建涛， WU Kai， LIU Guo-quan ， HU Ben-fu， LI Feng， ZHANG Yi-wen， TAO Yu， LIU Jian-tao

作者单位：吴凯,胡本芙,李峰,WU Kai,HU Ben-fu,LI Feng(北京科技大学,材料科学与工程学院,北京,100083)， 刘国权,LIU Guo-quan(北京科技大学,材料科学与工程学院,北京,100083;北京

科技大学,新金属材料国家重点实验室,北京,100083)， 张义文,ZHANG Yi-wen(北京科技大

学冶金与生态工程学院,北京,100083;钢铁研究总院,高温材料研究所,北京,100081)， 陶宇

,刘建涛,TAO Yu,LIU Jian-tao(钢铁研究总院,高温材料研究所,北京,100081)

刊名：

航空材料学报

英文刊名：JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS

年，卷(期)：2010,30(4)

被引用次数：2次

1.胡本芙;章守华镍基粉末高温合金FGH95涡轮盘材料研究 1997(03)

2.邹金文;王旭青FGH96与FGH95粉末高温合金的组织与性能研究 2002(增刊)

3.吴凯;刘国权;胡本芙合金元素对新型镍基粉末高温合金的热力学平衡相析出行为的影响研究[期刊论文]-北京科技大学学报 2009(06)

4.YUKAMA N;MORINAGA M;MURATA Y High performance single crystal superalloys developed by the d-electrons concept 1988

5.GABB T P;O′CONNOR K High temperature,low strain rate forging of advanced disk alloy ME3 NASA/TM-2001-210901 2001

6.HURON E S;BAIN K R;MOURER D P Development of high temperature capability P/M disk superalloys[外文会议] 2008

7.GABB T P;GAYDA J Forging of advanced disk alloy LSHR NASA/TM-2005-213649 2005

8.刘全坤材料成形基本原理 2005

9.蔡大勇;熊良银;孙贵东GH708高温合金热变形行为[期刊论文]-稀有金属材料与工程 2006(增刊)

10.赵美兰;孙文儒;杨树林GH741变形高温合金的热变形行为[期刊论文]-金属学报 2009(01)

11.ALNIAK M O;BEDIR F Change in grain size and flow strength in P/M Rene 95 under isothermal forging conditions[外文期刊] 2006

12.THOMASA A;EL-WAHABI M;CABRERA J M High temperature deformation of Inconel 718[外文期刊] 2006(1/3)

13.MARTIN U;MIIHLE U;OETTEL H Microstructure and modelling of the deformation behaviour of superalloys at high temperatures 1997

14.MCQUEEN H J Development of dynamic recrystallization theory[外文期刊] 2004(387-389)

15.SEMIATIN S L;JONAS J J Formability and workability of metals:plastic instability and flow localization 1984

16.许勇顺;柳勇韬;聂明金属热变形应力-应变曲线数学模型的研究与应用[期刊论文]-应用科学学报 1997(04)

17.DEBORAH A D Recovery and Recrystallization in Nickel-based Superalloys 2002

18.AKBEN M G;JONAS J J Effects of vanadium and molybdenum addition on high temperature recovery recrystallization and precipitation behavior of Niobium-Based microalloys steels 1983(01)

19.GAROFALO F An empiral relation defining the stress dependence of minimum creep rate in metal 1963