GH4151新型難變形鎳基高溫合金

牌號:  GH4151

C(％):  0.05～0.11

Cr(％):  9.5～10.0

Mo(％):  2.5～3.1

W(％):  6.0～7.5

Al(％):  5.7～6.2

Nb(％):  1.95～2.35

Ti(％):  —

B(％):  0.12～0.02

Fe(％):  ≤0.7

Mn(％):  —

其他(％):  Ce≤0.02,Zr0.03～0.05

GH4151作為一種新型高溫合金材料,目前關于熱加工與熱處理方面的基礎研究較少,尤其是關于該合金高溫變形行為及動態軟化機制、不同熱處理下組織與性能控制方面缺乏系統深入的研究。

針對上述問題,本文開展了如下研究工作:

(1)采用熱物理模擬試驗研究了熱擠壓態合金高溫變形行為,建立了基于雙曲正弦型的Arrhenius本構關系模型和動態材料模型(DMM)的熱加工圖,確定了擠壓棒材熱變形、盤鍛件模鍛的熱加工區間。研究表明,盤鍛件模鍛的最佳熱加工區間為:1045-1125℃、應變速率ε10-2.5s-1。

(2)為了驗證熱擠壓態合金的超塑性的有效性,本文研究了合金分別在1060℃、1080℃和 1100℃,10-4 s-1、5×10-4 s-1和10-3 s-1應變速率下的超塑性拉伸行為。不同溫度下應變速率敏感系數分別為m1060℃=0.69,m1080℃=0.73,m1100℃=0.73,不同應變速率下變形激活能分別為Q10-4=192kJ/mol,Q5×10-4=258kJ/mol,Q10-3=342kJ/mol。研究表明,當應變速率ε=10-4s-1拉伸時,超塑性變形主要以晶界擴散控制的晶界滑動機制為主;而ε=5×10-4 s-1和ε=10-3s-1時,以體擴散控制的晶界滑移機制為主。

(3)研究了熱擠壓態合金高溫變形過程中的組織演變特征,闡明了合金在本試驗條件下的動態再結晶機制并確定了的工藝區間。研究表明,合金的動態再結晶機制除了傳統的非連續動態再結晶(DDRX)與連續動態再結晶(CDRX),其中大量分布于晶界的一次γ'相(γ'I)導致了異質形核動態再結晶(Heteroepitaxial Dynamic Recrystallization,HDRX)的發生,大塊γ'I沉淀相與其宿主晶粒存在相同的晶體學取向關系,這為γ'I相在動態再結晶過程中作用給出了新的解釋。