Nimonic80A它是一種鎳基高溫合金,廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)葉片等高溫部件。在高溫下具有良好的抗螨性、耐久性和抗氧化性。材料的高溫抗蠕變性能與材料的粒度有關(guān),大粒度有利于高溫蠕變性能,小粒度高溫抗蠕變性能差;對(duì)于復(fù)雜的粒度組織,粒度越復(fù)雜,材料的抗蠕變性能越好,但一些文獻(xiàn)指出,項(xiàng)鏈結(jié)構(gòu)具有小粒子和大粒子的強(qiáng)度。
Nimonic80A動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生在鍛造和其他熱變形過(guò)程中。許多研究表明,它傾向于在原始晶體邊界處形核。隨著變形的增加,再結(jié)晶晶粒會(huì)逐漸增加,在原始晶體邊界形成項(xiàng)鏈狀結(jié)構(gòu),最原始大晶粒被小再結(jié)晶晶粒取代,形成均勻的小晶粒。因此,它可以起到細(xì)化晶粒度的作用。DRX除了與材料的化學(xué)成分有關(guān)外,到原始晶粒度、變形溫度、變形量和變形率的影響。因此,可以通過(guò)控制熱變形條件,即鍛造工藝來(lái)控制DRX為了控制材料的晶粒結(jié)構(gòu)。相關(guān)文獻(xiàn)提到了晶粒度與熱變形過(guò)程之間的關(guān)系。本文的目的是研究變形溫度和變形量在相同變形率條件下對(duì)晶粒結(jié)構(gòu)的影響,獲得動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開(kāi)始和完成的臨界條件,從而控制熱變形過(guò)程中的晶粒結(jié)構(gòu)。
實(shí)驗(yàn)中使用的原料晶粒度為30μm均勻的組織。為了使晶粒生長(zhǎng),原料首先通過(guò)1150C,30min熱處理,淬火,然后1065C,8h實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化的熱處理。熱變形前的原始組織為170粒度μm均勻組織。
Nimonic80A的化學(xué)成分(wt%)為
C:0.04-0.10,
Cr:18.0-21.0,
Ti:1.80-2.70,
Al:1.00-1.80,
Co:≤1.00,
Ti+Al:≥3.50,
剩余為Ni.用于熱壓縮的材料直徑為10μm,高為15μm圓柱形棒。熱變形實(shí)驗(yàn)是在Gleeble3500模擬機(jī)上,變形溫度為1萬(wàn)C-1150心,真實(shí)變形量為0.22-1.6.--系列熱變形試驗(yàn)完成后,樣品沿中心線的縱截面采用光學(xué)顯微鏡觀察。觀察前樣品機(jī)械拋光,然后用腐蝕液腐蝕。
不同變形量對(duì)組織的影響
圖1顯示變形溫度為1050C當(dāng)組織隨真實(shí)應(yīng)變量變化時(shí)。(a)變形量為0.22時(shí),再結(jié)晶晶粒出現(xiàn)在原大晶粒的晶界處,再結(jié)晶晶粒度(dpex)為25μm,形成項(xiàng)鏈結(jié)構(gòu)(b),圖1(C)表明,隨著變形量的增加,由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的持續(xù)進(jìn)行,再結(jié)晶晶粒逐漸增加,再結(jié)晶體積含量逐漸增加,再結(jié)晶晶粒度隨變形量的增加而減少,變形量為0.30和0.在60條件下,分別是18μm和11μm。至圖1(d),變形量為0.92時(shí),原大晶粒消失,成為均勻細(xì)小的晶粒結(jié)構(gòu),動(dòng)態(tài)再結(jié)晶完成,平均晶粒度為9.9μm,再結(jié)晶晶粒度小于其他較小的變形條件。
總結(jié)演變規(guī)律
Nimonic80A如圖3所示,晶粒結(jié)構(gòu)隨變形量溫度的變化規(guī)律,如圖3所示。方形區(qū)域代表動(dòng)態(tài)再結(jié)晶尚未開(kāi)始,組織為原始大晶粒:圓形區(qū)域代表動(dòng)態(tài)再結(jié)晶已開(kāi)始,但尚未完成,組織為項(xiàng)鏈結(jié)構(gòu),顯示復(fù)雜的晶粒分布:三角形區(qū)域代表動(dòng)態(tài)再結(jié)晶已完成,組織為均勻的小晶粒。圖3顯示,變形溫度越高,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界變形越低;變形溫度高,變形量大,組織更均勻。對(duì)于Nimonic80A對(duì)于這種低層錯(cuò)能金屬,在熱變形過(guò)程中更容易發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。由于高變形溫度有利于加速原子擴(kuò)散和位錯(cuò)攀爬,因此增加變形溫度可以加速恢復(fù)過(guò)程,從而減少再結(jié)晶開(kāi)始的臨界流變應(yīng)力。同時(shí),由于高溫有利于晶界遷移,在1000C在上述變形溫度下,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制主要采用原晶界弓形核),因此在其他條件相同時(shí),變形溫度較高DRX形核率較高,有利于晶界再結(jié)晶晶粒層層堆積.取代原始大晶粒,形成均勻的晶粒結(jié)構(gòu)。同時(shí),再結(jié)晶晶粒的生長(zhǎng)速度越高,再結(jié)晶晶粒的生長(zhǎng)速度越大。在相同的變形溫度下,隨著變形量的增加,再結(jié)晶晶粒與原晶粒之間形成的新晶體邊界成為新的核點(diǎn),再結(jié)晶晶粒逐漸擴(kuò)展到原晶粒內(nèi)部,最終形成均勻的晶粒結(jié)構(gòu)。
在相同的變形溫度下,大的變形量更有利于形成均勻的晶粒結(jié)構(gòu),變形量越大,得到的DRX晶粒度越??;當(dāng)變形量相同時(shí),高變形溫度也更有利于形成均勻的晶粒結(jié)構(gòu)。變形溫度越高,得到的DRX晶粒度越大。變形量大,變形溫度高,有利于形成均勻的晶粒結(jié)構(gòu)。
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