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GH3128高温合金热加工研究的必要性

作者:穆然时间:2021-08-26 16:45:32 次浏览

信息摘要:

GH3128热加工研究必要性: GH3128合金是我国自行研制的镍基高温合金。该合金通过添加W和Mo元素进行固溶强化。其高温强度、持久蠕变性能和焊接性能与Inconel 617合金相当,综合性能高于

GH3128热加工研究必要性:
        GH3128合金是我国自行研制的镍基高温合金。该合金通过添加W和Mo元素进行固溶强化。其高温强度、持久蠕变性能和焊接性能与Inconel 617合金相当,综合性能高于Hastelloy X等同类镍基固溶体合金。该合金主要适用于在950℃环境下长期工作的燃烧室火焰管、加力燃烧室壳体等高温部件。近年来,GH3128合金有望成为超高温气冷堆、中间换热器等零部件的主要结构材料。合金在固溶状态下会析出少量细小的Ti和​​M6C,长期时效时会析出M6C、μ、aw和M23C6相。研究发现,μ相在700~1050℃的温度下会析出,析出峰在850~950℃,会导致合金时效后的耐久性和室温塑性下降。

        在现有的GH3128合金研究中,主要关注相关元素对合金整体性能及其析出相的影响。然而,关于热加工相关工艺和显微组织变化的报道很少,这使得在实际生产中很难对合金进行分析。热处理技术提供指导和改进。考虑到GH3128合金在热变形过程中承受高温高压,伴随着大应变、高应变率等,因此,不仅钢坯外形发生变化,钢坯内部结构也会发生变化。也在进化。为此,国内外学者建立了宏观现象学模型来描述合金热变形峰值应力、应变速率和变形温度之间的关系。常用模型有Johnson-Cook(JC)模型、Fields-Backofen(FB)模型、Arrhenius模型、应变-应变率补偿模型、L参数模型等。 我公司拟采用热变形试验获得合金流变应力曲线。考虑到模型对镍基材料的适用性,选择Arrhenius模型描述GH3128合金的本构关系并构建热加工图,并结合合金变形后的组织演化规律,得到GH3128合金的变形机理。合金和合理的加工工艺的发展为合金的热加工提供理论指导和优化依据。

GH3128测试材料选择及方法:
        试验采用GH3128合金锻件圆棒的成分如下图所示,其中B、Ce、Zr为添加量。从圆棒上切下φ8mm×12mm的试样,在热模拟压缩装置上进行压缩试验。在热模拟压缩过程中,先将样品以10℃/s的升温速率加热到变形温度,然后保温120s后压缩变形。热模拟的应变速率和应变温度分别为 0.01、0.1、1 和 10 s-1。 950、1000、1050、1100和1150℃,压缩率分别为30%、50%和70%。为了获得变形后的高温组织,样品在变形后迅速冷却。 GH3128 这种合金主要由面心奥氏体 (FCC) 组成。此外,碳化物分布在压缩前的晶界和晶粒中。碳化物通过能谱分析和文献报告确定。主要是M6C,其化学成分为(NiMoWCr)6C。
GH3128高温合金热加工研究的必要性
GH3128研究结论分析:
1)GH3128合金温度低于950℃时,材料软化机理为动态恢复;随着应变速率增加到1 s -1 ,再结晶晶粒在1150 ℃下可以长大。除约20 μm外,其余晶粒尺寸保持在5 μm左右;当应变速率提高到10 s -1 时,只有变形70%且温度大于1050℃时,材料才能完全再结晶,再结晶尺寸一般小于5μm。
2)分析热处理图可知,虽然材料在高变形温度和低应变率区是安全加工区,但此时晶粒容易长大,尺寸可达56μm;加工温度控制在1000~1100℃,应变速率约为0.1s -1 ,晶粒尺寸可控制在10μm以下;考虑到当温度大于 1050 ℃时,基体中的大部分碳化物已经重新溶解,因此该材料的适宜加工区域为:变形温度 1050 ~ 1100 ℃ ,应变速率为 0. 1 s。

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