GH4738合金高温扩散退火及冷热变形行为研究

作     者：苏醒 

作者单位：钢铁研究总院 

学位级别：硕士

导师姓名：吕旭东

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：GH4738合金 扩散退火 热变形 冷变形 

摘      要：GH4738合金是沉淀强化型镍基高温合金,起源于美国20世纪50年代,由于其有较高的强度,良好的热腐蚀性能以及优异的抗蠕变、抗疲劳能力,而被广泛用于制造航空发动机的涡轮盘、涡轮叶片及紧固件。本文通过高温扩散退火试验、热变形以及冷变形试验,对GH4738合金紧固件用冷拉棒材各生产流程的组织演化进行了详细的研究。高温扩散退火试验中,通过研究合金铸态组织中的枝晶偏析行为,确定了扩散退火工艺,枝晶偏析本质上是元素的不均匀分布,GH4738合金中主要偏析元素为Ti、Mo、Co、Cr,偏析比分别为1.820、1.136、0.896、0.905,偏析程度TiMoCoCr,其中元素Ti、Mo偏聚于枝晶间,元素Co、Cr偏聚于枝晶干。利用不同的扩散退火工艺进行处理,发现随着加热温度的升高和保温时间的延长,元素的不均匀程度逐渐好转,经过理论计算和试验验证可确定GH4738合金Φ250 mm铸锭最佳的高温扩散退火工艺为1200℃×50 h。在热变形试验中,通过MTS热模拟试验机对铸态与锻态两种原始组织的合金在相同的参数下进行热变形。两种状态的合金应力-应变曲线均具有典型的动态再结晶特征,存在加工硬化、流变软化和稳态流变三个阶段,并且两种组织状态下的峰值应力差值保持在14 MPa以内,在误差范围内可以认为两种组织状态的合金在热变形过程中流变应力的变化规律基本相同。铸态GH4738合金的热变形激活能为Q=575.89 k J/mol,锻态GH4738合金的热变形激活能为Q=588.04k J/mol,金相组织和GOS面分布图证实,在相同的热变形条件下,锻态组织的动态再结晶要比铸态组织发生的更早更显著。冷变形试验中,随着变形量的增加,晶粒会发生变形,并且所受应力由晶界处逐渐向晶内传递,在变形量较大时,原始晶界开始由原来连续晶界变为不连续的点状晶界,并难以识别。在变形过程中,除了晶粒尺寸发生了变化,晶粒取向也发生了转动。冷变形量不论从10%到65%,经过1040℃固溶5 min之后,都可以完成静态再结晶,所以GH4738合金的静态再结晶过程是十分迅速的。随着固溶温度的升高和保温时间的延长,静态再结晶之后的晶粒长大趋势比较明显,通过原位加热的手段详细地观测到了晶粒之间的吞并长大现象,相邻晶粒取向差在30°～60°之间容易吞并。冷变形时,原始组织中任意取向的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋于一致,使晶粒具有择优取向,产生两种形变织构{100}110、{111}112,但在之后的固溶过程中晶粒长大基本不受织构环境的影响。