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GH4080A合金双道次等温压缩致热处理晶粒异常长大研究

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热加工工艺 2022年第24期51卷 30-33,40页

作者：李凯林莺莺陈由红王轶博赵张龙北京航空材料研究院塑性成形研究与工程技术中心北京100095 西北工业大学材料学院陕西西安710072

在温度1000~1060℃、应变速率0.1~10 s^(-1)下,对GH4080A合金进行了总变形量一致的单、双道次热模拟压缩试验。分析了合金不同道次流变行为,揭示了双道次变形导致热处理晶粒异常长大机制。结果表明:在单、双道次热压缩变形中,随变形温... 详细信息

在温度1000~1060℃、应变速率0.1~10 s^(-1)下,对GH4080A合金进行了总变形量一致的单、双道次热模拟压缩试验。分析了合金不同道次流变行为,揭示了双道次变形导致热处理晶粒异常长大机制。结果表明:在单、双道次热压缩变形中,随变形温度升高和应变速率减小,GH4080A合金流变应力减小。但由于双道次变形停留发生了亚动态再结晶,第二道次流变应力总是略低于第一道次。通过应力变化计算了合金不同变形参数下的亚动态再结晶率,发现升高变形温度、提高应变速率都会增大亚动态再结晶软化率;而亚动态再结晶软化率越高,热处理后出现晶粒异常长大的概率越大。这主要与双道次间歇期组织内γ’强化相减少、不能有效钉扎晶界迁移有关。

关键词： GH4080A合金双道次压缩晶粒异常长大 γ’强化相

奥氏体晶粒异常长大及其对Super304H钢管力学性能的影响

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奥氏体晶粒异常长大及其对Super304H钢管力学性能的影响

作者：刘润合肥工业大学

学位级别：硕士

Super304H耐热钢因其优异的高温力学性能,已成为超超临界机组过热器和再热器首选材料之一。国内某电站超超临界机组长期服役Super304H过热器钢管外壁奥氏体晶粒异常长大,但其形成及其对钢管力学性能的影响规律尚不清楚。因此,开展服役Su... 详细信息

Super304H耐热钢因其优异的高温力学性能,已成为超超临界机组过热器和再热器首选材料之一。国内某电站超超临界机组长期服役Super304H过热器钢管外壁奥氏体晶粒异常长大,但其形成及其对钢管力学性能的影响规律尚不清楚。因此,开展服役Super304H钢管外壁奥氏体晶粒异常长大机理及粗晶组织对钢管力学性能影响规律的研究,为超超临界机组金属监督提供支持,具有重要意义。针对外壁粗晶的服役态Super304H钢管,开展显微组织和力学性能研究;探讨预应变及固溶处理对奥氏体晶粒长大的影响规律,揭示服役钢管外壁晶粒异常长大机理;基于高温时效,模拟研究服役态Super304H钢管奥氏体晶粒尺寸与其力学性能的关系,确定晶粒异常长大对钢管力学性能的损伤程度。随着服役时间的延长,Super304H耐热钢管外壁粗晶区厚度不断增大,奥氏体晶粒不断长大,服役6.9万小时时甚至超过500μm。供货态Super304H钢管中的析出相主要是MX相和富Cu相;而服役Super304H钢管中的MX相和富Cu相弥散分布于奥氏体晶粒内部,MC相主要呈链状连续分布奥氏体晶界。相比于细晶区,粗晶区中的第二相颗粒的含量很高,尺寸更大,弥散度较低。与细晶区的力学性能相比,服役态4万小时的Super304H钢管外壁粗晶区的室温、高温抗拉强度(R)和屈服强度(R)分别降低了7.3%、16.8%,以及9.5%、12.8%。供货态Super304H钢管试样的临界变形量为6%,经临界预变形与固溶处理后,该试样主要织构是(27)111(29)、∥DD(变形方向),(27)111(29)取向织构更强。临界变形量下,奥氏体晶粒变形不均匀,晶粒间存在畸变能差。畸变能低的奥氏体晶粒以小平面晶界迁移机制逐渐吞并邻近畸变能高的奥氏体晶粒,导致奥氏体晶粒异常长大。随着奥氏体晶粒尺寸的增大,预变形与固溶处理Super304H钢管试样的室温拉伸R、R逐渐降低;当晶粒尺寸达到41μm时,高温拉伸时的Super304H钢管试样的R已不满足使用要求。该试样再经750℃,129 h高温时效后,(27)111(29)取向织构进一步增强,奥氏体晶粒持续长大,其室温、高温拉伸力学性能均呈单调下降趋势,尤其是高温拉伸时试样的延伸率下降最为明显。

关键词： Super304H耐热钢管晶粒异常长大力学性能临界变形量固溶处理高温时效

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外场条件下AZ31镁合金晶粒异常长大机制

外场条件下AZ31镁合金晶粒异常长大机制

作者：何清松重庆科技学院

学位级别：硕士

在协同推进节能减排,助力实现“双碳”目标的大背景下,镁合金成为在交通、航空航天、以及电子通讯领域中最受关注的材料之一。然而,作为典型的hcp结构金属,镁合金在室温下的滑移系仅有三个,不满足Taylor准则,导致室温变形能力较差,限制... 详细信息

在协同推进节能减排,助力实现“双碳”目标的大背景下,镁合金成为在交通、航空航天、以及电子通讯领域中最受关注的材料之一。然而,作为典型的hcp结构金属,镁合金在室温下的滑移系仅有三个,不满足Taylor准则,导致室温变形能力较差,限制了其进一步的推广应用。宏观尺度下材料的力学性能受其微观结构的影响,其中晶粒尺寸是最重要的因素之一。调控晶粒尺寸是先进材料加工和应用的关键,识别晶粒异常长大的机制对于更好地控制镁合金的性能和有效利用具有重要意义。本文以AZ31镁合金为研究对象,通过电阻加热以及感应加热对材料进行热处理,使用光学显微镜、X射线衍射仪、电子背散射衍射以及理论计算等手段,来研究温度、各向异性、择优取向、溶质原子、微观织构等与AZ31镁合金晶粒生长之间的关系。首先,探究了不同外场条件下各向异性对AZ31镁合金微观组织演变及膨胀量的影响。结果表明,各向异性对晶粒生长的影响较低。经过电阻加热和感应加热后,样品的宏观尺寸均缩短,且45°和90°样品的电阻加热长度缩短量比感应加热少。此外,无论在电阻加热还是感应加热的外场条件下,45°样品都具有良好的尺寸稳定性,这是因为45°方向具有最高的Schmid因子,在保温过程中基面滑移系(0001)在RD上更易启动,使得热膨胀量最大,导致晶粒生长的缩短量与热膨胀伸长量趋于一致。其次,探究了不同外场条件下温度对AZ31镁合金微观组织演变和宏观尺寸变化的影响。结果表明,电阻加热和感应加热均能驱动晶粒生长,其中电阻加热驱动晶粒生长的能力远远大于感应加热。感应加热的晶粒尺寸均匀性优于电阻加热,表明感应加热几乎驱动所有晶粒小幅度生长,而电阻加热驱动部分特殊晶粒优先生长。经过电阻加热和感应加热后,与初始状态相比,(0002)晶面衍射峰强度占比均提高,(1011)晶面、(1012)晶面、(1013)晶面峰强比的变化幅度较小。晶粒尺寸显著增加伴随着(1120)晶面峰强比显著增加,表明具有择优取向的晶粒可能会优先发生生长。此外,在相同温度下,电阻加热的长度缩短量比感应加热少。最后,对AZ31镁合金晶粒异常长大行为及机制进行深入分析。发现AZ31镁合金晶粒异常生长主要依赖于热处理温度,其次是保温时间。在500℃以上进行热处理可以诱导出异常晶粒,晶粒发生异常生长所需要的时间随着温度的升高而变短。通过晶粒生长动力学的计算,发现在300℃-500℃范围内,AZ31镁合金晶粒正常生长的激活能Q值为207k J/mol,大于固溶体扩散能,说明晶粒的正常生长将会受到抑制,因此如果晶粒想要发生异常生长,那就需要存在一个额外的驱动力来驱使晶界迁移。通过计算各向异性溶质原子扩散系数,发现D>D>D,表明Al对晶界迁移的钉扎作用不明显,而Zn由于体积分数很低,其拖曳效应也可以忽略,所以排除了溶质原子对晶粒异常生长的影响。AZ31镁合金晶粒异常生长可分为三个阶段:(1)第一阶段为晶粒正常生长阶段,晶粒尺寸逐渐增大到正常生长的极限尺寸,织构逐渐增强,同时再结晶晶粒会在晶界处形核;(2)第二阶段为晶粒尺寸稳定阶段,此阶段晶粒生长驱动力和钉扎力逐渐趋于平衡,晶粒尺寸几乎不变,多余的能量储存在再结晶晶粒中;(3)第三阶段为晶粒异常生长阶段,取向为的晶粒在热处理过程中通过吞噬周围取向为的晶粒来实现异常长大,取向的异常晶粒中LAM值的降低证实了局部取向偏差是晶粒异常生长的驱动力。

关键词： AZ31镁合金外场晶粒异常长大择优取向晶粒尺寸

APT晶型与粒度组成对碳化钨粉粒度及硬质合金晶粒异常长大的影响

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硬质合金 2023年第5期40卷 362-369页

作者：周红翠昝秀颀董凯林时凯华中钨高新材料股份有限公司湖南株洲412000 中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 自贡硬质合金有限责任公司四川自贡643011

选择单晶和多晶两种晶型的APT为原料,对粒度组成进行了筛分控制,通过对比以不同晶型与粒度组成的APT为初始原料制备的WC粉的形貌与粒度、硬质合金的粗晶数量,研究了APT晶型与粒度对WC粉和硬质合金物理性能与微观结构的影响。结果表明:... 详细信息

选择单晶和多晶两种晶型的APT为原料,对粒度组成进行了筛分控制,通过对比以不同晶型与粒度组成的APT为初始原料制备的WC粉的形貌与粒度、硬质合金的粗晶数量,研究了APT晶型与粒度对WC粉和硬质合金物理性能与微观结构的影响。结果表明:相较于多晶APT,采用平均粒度接近的单晶APT制备的WC粉具备相对较小的平均粒度和更集中的粒度分布。同时,在不同碳含量和烧结温度下,以单晶APT为初始原料生产的WC所制备的硬质合金具备明显较少的异常长大晶粒,并且随烧结温度的升高和碳含量的增加,异常长大WC晶粒数量增加显著低于多晶APT生产WC所制备的合金;另外,无论是单晶还是多晶APT粉末中,控制200目以上粗大颗粒的存在,都会明显降低WC粉的平均粒度和离散度,并获得异常长大晶粒较少的硬质合金。

关键词： APT 晶型粒度组成硬质合金晶粒异常长大

碳化工艺对细晶碳化钨粉末特性与硬质合金晶粒异常长大的影响

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硬质合金 2023年第4期40卷 279-287页

作者：何继坤马赛曾惠钦陆必志株洲硬质合金集团有限公司湖南株洲412000

硬质合金异常长大晶粒是脆性断裂的断裂源。本文采用相同的钨粉原料,将其分为三组进行碳化,碳化工艺分别为1750℃保温1 h、1650℃保温1.5 h和1550℃保温2 h,制得三种细碳化钨粉,将所得碳化钨粉经相同工艺制备成WC-10%Co硬质合金,比较粉... 详细信息

硬质合金异常长大晶粒是脆性断裂的断裂源。本文采用相同的钨粉原料,将其分为三组进行碳化,碳化工艺分别为1750℃保温1 h、1650℃保温1.5 h和1550℃保温2 h,制得三种细碳化钨粉,将所得碳化钨粉经相同工艺制备成WC-10%Co硬质合金,比较粉末特性以及合金组织的差异。研究结果表明:不同碳化工艺制备的碳化钨粉末及其所制成的合金表现出不同的性能特性:1550℃保温2 h,碳化钨粉末存在W2C相,合金晶粒异常长大,最大为21μm;1650℃保温1.5 h,合金晶粒异常长大,最大为18μm;1750℃保温1 h,合金晶粒异常长大,最大为14μm。高温短时间碳化有利于获得结晶完整、亚晶尺寸大的碳化钨粉末,其制备的合金金相组织结构均匀,减少了合金晶粒异常长大。

关键词：碳化工艺结晶完整性晶粒异常长大

变形温度及变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响

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航空材料学报 2016年第5期36卷 14-20页

作者：王超渊东赟鹏宋晓俊方爽于秋颖李凯王淑云北京航空材料研究院焊接与塑性成形研究所北京100095

基于楔形试样等温锻造试验,采用Deform-3D模拟软件,模拟确定了楔形试样中不同位置的变形量,研究了不同变形温度和不同变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响。结果表明：在压下速率0.04 mm/s的平模镦粗试验条件下,挤压态FGH96合金... 详细信息

基于楔形试样等温锻造试验,采用Deform-3D模拟软件,模拟确定了楔形试样中不同位置的变形量,研究了不同变形温度和不同变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响。结果表明：在压下速率0.04 mm/s的平模镦粗试验条件下,挤压态FGH96合金出晶粒异常长大的临界变形温度为1100℃,临界变形量为2%;1000-1070℃锻造变形时,合金不易发生晶粒异常长大,但也有“临界变形量”特征,变形量5%-10%区域晶粒平均直径最大;选择15%及以上的变形量,可以避免晶粒异常长大,并获得均匀细小的晶粒组织。

关键词： FGH96合金楔形试样临界变形温度临界变形量晶粒异常长大

亚快速凝固Al-Mg-Si系合金变形组织晶粒异常长大行为及其抑制方法

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亚快速凝固Al-Mg-Si系合金变形组织晶粒异常长大行为及其抑制方法

作者：施枭吉林大学

学位级别：硕士

Al-Mg-Si系(6xxx系)合金是典型的时效强化铝合金,具有低密度,良好的耐腐蚀性和可成型性等优点,在汽车轻量化领域得到广泛应用。亚快速凝固工艺的冷却速率高(～10～10K/s),能够细化组织和提高元素高固溶度,进而缩短均匀化时间,提高效率... 详细信息

Al-Mg-Si系(6xxx系)合金是典型的时效强化铝合金,具有低密度,良好的耐腐蚀性和可成型性等优点,在汽车轻量化领域得到广泛应用。亚快速凝固工艺的冷却速率高(～10～10K/s),能够细化组织和提高元素高固溶度,进而缩短均匀化时间,提高效率、降低了能耗。因此,亚快速凝固工艺成为制造汽车车身板用Al-Mg-Si合金的发展方向之一。然而,我们发现亚快速凝固Al-Mg-Si系合金在轧制后的固溶热处理过程中,少数晶粒会过度生长,其晶粒尺寸比基体晶粒高1个数量级,即发生晶粒异常长大(AGG)。晶粒异常长大会降低铝合金板材的力学性能,限制了亚快速凝固工艺的应用。本文以Al-Mg-Si系合金为研究对象,研究了亚快速凝固Al-Mg-Si系合金的晶粒异常长大行为,揭示出亚快速凝固Al-Mg-Si系合金晶粒异常长大的机制是存在{100}晶粒簇和快速溶解的MgSi颗粒,阐明了Mg含量对亚快速凝固Al-Mg-Si系合金晶粒异常长大行为的影响规律,提出了微合金化提高晶粒热稳定性的方法。本文得出的主要结论如下:(1)研究了冷却速率对Al-Mg-Si系合金晶粒异常长大行为的影响规律。发现在轧制后的固溶热处理过程中(540℃),亚快速凝固合金晶粒异常长大孕育期(～5min)与常规凝固合金晶粒相比(～30min)显著缩短,其原因与亚快速凝固合金中存在{100}晶粒簇和细小可溶的MgSi颗粒密切相关,一方面,{100}晶粒簇的低迁移率CSL晶界比例比其他取向晶粒低,因此晶粒容易长大。另一方面,高冷却速率产生的细小MgSi颗粒在固溶过程中快速溶解使得晶粒长大驱动力-钉扎力的平衡易于被破坏,导致晶粒粗化速度快。(2)研究了Mg含量(0.20～0.80 wt.%)对亚快速凝固Al-Mg-Si系合金的晶粒异常长大行为的影响规律。中Mg含量(0.45 wt.%)合金发生明显的晶粒异常长大现象;然而,低Mg含量(0.20 wt.%)和高Mg含量(0.80 wt.%)合金中,晶粒异常长大不明显甚至不发生。揭示出Mg含量的不同导致合金微观组织具有显著差异:0.20Mg合金中纳米粒子数量很少,各取向晶粒都可以长大;0.45Mg合金纳米粒子数量较多,{100}晶粒簇的生长优势使其可以摆脱钉扎优先生长,进而发生晶粒异常长大;0.80Mg合金中{100}晶粒呈现离散分布,生长优势减弱,同时纳米粒子数量最多,提高晶粒热稳定性。(3)探索了亚快速凝固Al-Mg-Si系合金的晶粒异常长大的抑制方法及其作用机制。通过微合金化,即加入少量Mn或Sc(0.05～0.20wt.%)后,形成的高熔点α-Al(Mn Fe)Si颗粒或AlSc颗粒提高了Zener阻力,钉扎晶界,提高了组织热稳定性和合金力学性能。Mn增强热稳定性的效果优于Sc,Mn对晶粒长大的抑制含量为≥0.05wt.%,Sc的有效抑制含量范围为0.1-0.2wt.%。

关键词： Al-Mg-Si合金晶粒异常长大亚快速凝固微观组织晶粒簇

双温循环热处理对CuAlMnNi记忆合金晶粒异常长大及性能的影响

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双温循环热处理对CuAlMnNi记忆合金晶粒异常长大及性能的影响

作者：李赵明合肥工业大学

学位级别：硕士

Cu基形状记忆合金作为一种重要的功能材料,目前已广泛应用于生物医疗、航天航空、机械制造以及土木建筑等领域,但是普通多晶Cu基形状记忆合金存在易发生晶界开裂、疲劳寿命短以及超弹性应变低且残余应变大等问题,为了更好地促进Cu基形... 详细信息

Cu基形状记忆合金作为一种重要的功能材料,目前已广泛应用于生物医疗、航天航空、机械制造以及土木建筑等领域,但是普通多晶Cu基形状记忆合金存在易发生晶界开裂、疲劳寿命短以及超弹性应变低且残余应变大等问题,为了更好地促进Cu基形状记忆合金的发展,需要进一步提高合金的性能。本文以CuAlMnNi形状记忆合金为研究对象,通过循环热处理(CHT)工艺研究了CuAlMnNi记忆合金中的晶粒异常长大现象,并初步得到了CHT工艺诱导CuAlMnNi记忆合金发生晶粒异常长大的一般规律,进一步研究了晶粒异常长大对于合金性能的影响规律。结果表明:(1)CHT工艺中的低温退火时间会影响α相的析出过程,进而影响后续的晶粒异常长大过程,α相体积分数越大,CuAlMnNi记忆合金中越容易发生晶粒异常长大行为,但是当α相体积分数过高时,由于形成的异常晶粒数量增多,不利于获得较大的异常晶粒尺寸;进一步的分析表明析出相α与基体β相由于形成半共格界面而引入了失配位错,不同的α相体积分数导致了基体中位错密度的不同,因而呈现不同的晶粒异常长大结果。(2)CHT工艺中的高温退火时间会直接影响晶粒异常长大过程,随着退火时间增长,晶粒异常长大现象越明显,120min时,初次晶粒异常长大过程基本完成。本文中晶粒异常长大过程的驱动力主要由3部分组成:大角度晶界的界面能、亚晶界的界面能以及表面能,其中由于位错重排形成的亚晶界界面能是晶粒异常长大的主导驱动力。(3)只依赖于热处理即可形成晶粒异常长大的主导驱动力,因此CHT工艺可以重复诱导发生晶粒异常长大,利用优化的CHT工艺对CuAlMnNi记忆合金的微观组织结构进行改造,在多次循环热处理之后获得了超大尺寸晶粒组织。(4)进一步对CuAlMnNi记忆合金的性能研究表明,经过CHT工艺改造后的CuAlMnNi记忆合金超弹性和残余应变显著优于普通多晶记忆合金,3次CHT后的超弹性应变达到11.7%,而残余应变仅有0.3%,远远高于普通多晶记忆合金的4.8%左右的超弹性和2.5%的残余应变,同时由于无三叉晶界存在,其延伸率(包含超弹性应变)达到42%左右,但是其抗拉强度有一定的降低。

关键词： CHT工艺 CuAlMnNi记忆合金晶粒异常长大超弹性残余应变

2219铝合金固溶处理晶粒异常长大现象分析

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锻压技术 2019年第9期44卷 156-159页

作者：李继光王湃张杰刚张下陆李玉辰殷伟张学习天津航天长征火箭制造有限公司天津300462 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对新一代运载火箭贮箱用2219铝合金,当预拉变形量较大时(预拉变形量为5%),固溶淬火过程中就会产生晶粒异常长大现象,针对固溶处理过程中晶粒产生异常长大问题,采用原位观察的方法,分析晶粒长大情况。结果表明:当预拉变形量达到5%时,... 详细信息

针对新一代运载火箭贮箱用2219铝合金,当预拉变形量较大时(预拉变形量为5%),固溶淬火过程中就会产生晶粒异常长大现象,针对固溶处理过程中晶粒产生异常长大问题,采用原位观察的方法,分析晶粒长大情况。结果表明:当预拉变形量达到5%时,固溶温度低于525℃,晶粒长大困难;当固溶温度达到525℃后,晶粒瞬时、迅速长大;当固溶温度达到535℃并且经保温6 min后,晶粒长大到原晶粒尺寸的几倍以上,同时,长大后的晶粒尺寸差别更大。这种晶粒长大现象与2219铝合金板材中含有大量第二相强化粒子θ相及晶界元素偏聚有关。

关键词： 2219铝合金晶粒异常长大固溶处理原位观察第二相强化