GH4720Li合金熱變形行為和相變

GH4720Li合金是一種鎳基時(shí)效強(qiáng)化型高溫合金，其γ′相含量在40%左右，并且合金中加入大量的W、Co和Mo等固溶強(qiáng)化元素，因此合金具有優(yōu)良的高溫性能；主要用于制造使用溫度在650～750℃的高性能壓氣機(jī)盤(pán)和渦輪盤(pán)。

正是由于高的γ′相含量和大量固溶元素的加入使得合金的熱加工塑性下降，熱加工窗口急劇變窄，因此該合金的熱加工極為困難。該合金出現(xiàn)較晚，國(guó)內(nèi)外的研究者對(duì)該合金的熱變形行的研究相對(duì)偏少，而且所得結(jié)論存在一定的差異，計(jì)算所得的熱加工激活能值比較分散，在500～1600kJ/mol范圍內(nèi)波動(dòng)，這主要是合金的原始組織和實(shí)驗(yàn)條件引起；但也說(shuō)明該合金熱加工過(guò)程影響因素的復(fù)雜性。為得到細(xì)小均勻的組織和性能穩(wěn)定的材料，該合金需要在兩相區(qū)進(jìn)行加工，這使得該合金的熱加工工藝與以往鎳基高溫合金存在著較大的差別。鑒于GH4720Li合金復(fù)雜性和獨(dú)特性，對(duì)該合金的熱加工行為進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究是必要的。

研究人員對(duì)GH4720Li合金在1080～1180℃、應(yīng)變速率為0.01～10s-1條件下進(jìn)行單道次壓縮變形實(shí)驗(yàn)，希望利用得到的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，計(jì)算其熱加工激活能，建立相應(yīng)的本構(gòu)方程和熱加工圖；并通過(guò)對(duì)比分析熱壓縮試樣的金相組織與熱加工圖，驗(yàn)證熱加工圖的合理性；以期確定合理的熱加工工藝，為其熱加工過(guò)程提供參考和指導(dǎo)。

研究合金材料取自鍛造GH4720Li合金Φ130mm棒坯半徑1/2位置，經(jīng)過(guò)1160℃，30min固溶處理，機(jī)械加工成Φ10mm×15mm的試樣。合金的冶煉工藝為真空感應(yīng)熔煉+真空電弧重熔，合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：C0.016，Cr15.86，W1.28，Mo3.06，Al2.35，Ti5.15，Co14.85，其余為Ni。熱壓縮實(shí)驗(yàn)在MMS-200熱力模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。為模擬實(shí)際鍛造過(guò)程，試樣以20℃/s的速度升溫到1160℃，保溫300s，再以10℃/s的速度降溫或升溫到實(shí)驗(yàn)溫度，并在實(shí)驗(yàn)溫度下保溫30s后進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，試樣完成壓縮后立即進(jìn)行水冷，保持壓縮后的組織狀態(tài)。單道次壓縮實(shí)驗(yàn)的溫度和應(yīng)變速率分別為1080、1100、1120、1140、1160、1180℃；0.01、0.1、1、10s-1，壓縮真應(yīng)變?yōu)?.7（變形量約為50%）。壓縮試樣沿平行于壓縮軸向并通過(guò)試樣幾何中心的平面切開(kāi)，將剖面磨光，經(jīng)化學(xué)腐蝕和電解腐蝕后，在光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡上觀察顯微組織。試驗(yàn)結(jié)果如下：

1）GH4720Li合金在熱變形溫度低于1160℃時(shí)，γ′相的析出行為引起峰值應(yīng)力和熱變形激活能顯著變化。

2）GH4720Li合金的熱變形激活能平均值為1240.7kJ/mol；熱變形激活能隨著溫度升高，先下降再升高；隨著應(yīng)變速率的升高，亦先下降再升高；合金在1160℃、應(yīng)變速率為0.1s-1時(shí)，其熱變形激活能達(dá)到最小值602kJ/mol。

3）GH4720Li合金在1120～1180℃、應(yīng)變速率0.1～1s-1條件下，實(shí)現(xiàn)完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；結(jié)合微觀組織、激活能和熱加工圖，確認(rèn)最佳變形溫度為1120～1140℃；應(yīng)變速率達(dá)到1s-1以上，合金出現(xiàn)熱變形失穩(wěn)現(xiàn)象。

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