GH4151合金作为一种新型难变形镍基高温合金,因其优异的综合性能和较高的服役温度,成为发展潜力的新一代涡轮盘用变形高温合金。该合金添加了约35 wt.%的固溶强化元素(Co、Cr、W、Mo),而高达10 wt.%左右的沉淀强化元素(Al、Ti、Nb),是沉淀强化元素含量最高的涡轮盘用变形高温合金。GH4151的高合金化特点,一方面能够提高合金的服役温度和高温强度,但不可避免地降低了合金的热加工性能;另一方面合金中元素的微观偏析和高达52%的y'强化相,使得合金在热加工条件下组织演变非常复杂,组织与性能控制难度极大。
牌号: GH4151
C(%): 0.05~0.11
Cr(%): 9.5~10.0
Mo(%): 2.5~3.1
Ni(%): 余量
Co(%): 15.0~16.5
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
骋贬4151作为一种新型高温合金材料,目前对于热加工与热处理方面的基础研究较少,尤其是对于该合金高温变形行为及动态软化机制、不同热处理下组织与性能控制方面缺乏系统深入的研究。
针对上述问题,本文开展了如下研究工作:
(1)采用热物理模拟试验研究了热挤压态合金高温变形行为,建立了基于双曲正弦型的础谤谤丑别苍颈耻蝉本构关系模型和动态材料模型(顿惭惭)的热加工图,确定了挤压棒材热变形、盘锻件模锻的热加工区间。研究表明,盘锻件模锻的最佳热加工区间为:1045-1125℃、应变速率ε10-2.5蝉-1。
(2)为了验证热挤压态合金的超塑性的有效性,本文研究了合金分别在1060℃、1080℃和 1100℃,10-4 s-1、5×10-4 s-1和10-3 s-1应变速率下的超塑性拉伸行为。不同温度下应变速率敏感系数分别为m1060℃=0.69,m1080℃=0.73,m1100℃=0.73,不同应变速率下变形激活能分别为Q10-4=192kJ/mol,Q5×10-4=258kJ/mol,Q10-3=342kJ/mol。研究表明,当应变速率ε=10-4s-1拉伸时,超塑性变形主要以晶界扩散控制的晶界滑动机制为主;而ε=5×10-4 s-1和ε=10-3s-1时,以体扩散控制的晶界滑移机制为主。