無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司專業(yè)供應(yīng)高溫、高壓、耐蝕合金無(wú)縫管、管件產(chǎn)品。公司產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成為核火電廠、石油、化工、汽車等行業(yè)供應(yīng)商。
317L、 GH4698鎳基高溫合金是一種廣泛應(yīng)用于無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司航天領(lǐng)域的合金,在高溫下機(jī)械性能良好,抗氧化性能和抗疲勞特性優(yōu)良,制成的渦輪盤等部件使用可靠性較高。此種合金由于含有大量強(qiáng)化機(jī)體的添加元素因此強(qiáng)度硬度非常高,在室溫下其強(qiáng)度可達(dá)到鋼材的數(shù)倍以上,該合金的塑性成形需要在高溫下進(jìn)行,因此掌握高溫下GH4698合金的塑性流動(dòng)行為以及無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司鍛造工藝就顯得尤為重要。研究表明金屬的本構(gòu)方程可描述其塑性流動(dòng)行為,而金屬熱加工圖可以確定無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司鍛造工藝,故在本文中對(duì)它們展開(kāi)了研究。本文中利用MTS810.13試驗(yàn)機(jī)獲得了GH4698高溫合金在1223K~1423K溫度范圍內(nèi)的熱壓縮真應(yīng)力-應(yīng)變曲線,通過(guò)分析所得到的不同應(yīng)變速率下的應(yīng)力數(shù)據(jù)研究了該合金的流動(dòng)應(yīng)力與變形溫度及應(yīng)變速率等參數(shù)之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)同一溫度下材料的流動(dòng)應(yīng)力值隨著應(yīng)變速率的增大而增大,同一應(yīng)變速率下材料的流動(dòng)應(yīng)力值隨著溫度的升高而減小,且所有應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀都是相似的。為了描述GH4698高溫合金的塑性流動(dòng)行為,本文中基于兩種不同的數(shù)學(xué)模型分別建立了材料在高溫下的本構(gòu)方程。通過(guò)綜合分析所建立的本構(gòu)方程的度、誤差分布情況以及計(jì)算量zui終得出文中選用的基于考慮應(yīng)變影響的Arrhenius模型和學(xué)者修正后的Zerilli-Armstrong模型所建立的本構(gòu)關(guān)系精度都比較好,但學(xué)者修正后的Zerilli-Armstrong模型計(jì)算量較大且誤差分布區(qū)間較廣,因此考慮應(yīng)變影響的Arrhenius本構(gòu)模型計(jì)算更方便,且在預(yù)測(cè)單個(gè)應(yīng)力時(shí)誤差更小。為了確定GH4698高溫合金的無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司鍛造工藝,本文中基于相關(guān)準(zhǔn)則建立了此合金在特定溫度范圍內(nèi)的熱加工圖。通過(guò)分析加工效率圖的區(qū)間得知該金屬在高溫、中等應(yīng)變速率變形條件下加工效率值較高,通過(guò)分析失穩(wěn)圖上的失穩(wěn)區(qū)間可知該金屬主要在低溫、低應(yīng)變速率和高溫、高應(yīng)變速率變形條件下容易發(fā)生流變失穩(wěn)。zui終通過(guò)分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出該金屬在溫度為1300K~1423K、應(yīng)變速率在0.01s-1~1s-1時(shí)加工性能,此時(shí)即可保證加工效率較高又不會(huì)出現(xiàn)流變失穩(wěn)現(xiàn)象。為了研究GH4698高溫合金在熱變形過(guò)程中的回復(fù)再結(jié)晶現(xiàn)象,本文中通過(guò)相關(guān)理論研究發(fā)現(xiàn)材料在臨界應(yīng)變位置其加工硬化率曲線會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)特征,基于此建立起了該金屬的臨界應(yīng)變方程以及回復(fù)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)方程,通過(guò)分析晶粒尺寸與不同參數(shù)之間的關(guān)系并基于相關(guān)模型建立起了該金屬的再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大模型,通過(guò)對(duì)比分析試驗(yàn)所測(cè)得的實(shí)際晶粒尺寸與模型預(yù)測(cè)尺寸發(fā)現(xiàn)此模型誤差較小,可用來(lái)描述該金屬在熱變形或熱處理過(guò)程中的晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象。
GH4698合金是在俄羅斯ЭИ698合金的基礎(chǔ)上添加微量元素進(jìn)行改型發(fā)展而來(lái)的合金。隨著國(guó)防發(fā)展的需要，GH4698合金被選為特大型渦輪盤用高溫合金，對(duì)此，本文對(duì)特大型GH4698合金渦輪盤進(jìn)行了研究。研究?jī)?nèi)容主要包括三個(gè)方面：合金熱壓縮試驗(yàn)，包括流變應(yīng)力、再結(jié)晶行為等；特大渦輪盤組織、性能不均勻性研究；特大型渦輪盤熱處理制度研究。通過(guò)以上技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，在國(guó)內(nèi)研制成了直徑為800毫米的特大型渦輪盤零件。①合金熱壓縮試驗(yàn)對(duì)GH4698合金在MTS進(jìn)行圓柱形試樣的恒定應(yīng)變速率等溫?zé)釅嚎s試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為950-1100℃，應(yīng)變速率(?)為0.001 s-1、0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1，應(yīng)變量為10-70％。研究表明：合金在950℃和1000℃當(dāng)變形量達(dá)到70％未發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，當(dāng)變形溫度達(dá)到l100℃、變形量達(dá)40％以上，合金發(fā)生*動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。經(jīng)熱處理后，全部發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶。②特大渦輪盤組織性能不均勻性研究新試制GH4698合金渦輪盤直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司用渦輪盤尺寸。隨著渦輪盤直徑的增大，變形過(guò)程中渦輪盤不同部位變形參數(shù)有較大差異，這就導(dǎo)致渦輪盤成型以后，不同部位組織、性能的不均勻性。俄羅斯對(duì)特大型GH4698合金渦輪盤不同部位性能提出了不同的考核指標(biāo)。研究結(jié)果表明，輪轂處性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于輪緣部位；特大型渦輪盤輪轂存在因變形條件不理想造成的粗大晶粒和大尺寸不規(guī)則塊狀碳化物。在GH4698合金渦輪盤中存在兩種大小相間的γ’相，通過(guò)對(duì)特大型渦輪盤輪緣和輪轂試樣進(jìn)行相分析可知，渦輪盤輪轂和輪緣γ’相總量和各元素含量基本一致，γ’相數(shù)量達(dá)到26％左右，輪緣小γ’相粒度主要為10-36m，大γ’相尺寸為96-300m；輪轂小γ’相粒度稍大于外環(huán)，主要分布在18-60nm之間，而大γ’相粒度與外環(huán)相當(dāng)。因而對(duì)于不同尺寸的γ’相，位錯(cuò)通過(guò)機(jī)制也有所不同，切割機(jī)制和Orowan繞過(guò)機(jī)制將共同存在。這種大小γ’相共存的組織形態(tài)有利于合金得到優(yōu)良的綜合性能。③熱處理制度對(duì)渦輪盤組織、性能的影響由于特大型GH4698合金渦輪盤各級(jí)別盤件性能要求不同，都高于現(xiàn)行無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司盤技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并要求對(duì)特大型渦輪盤1/2R以內(nèi)部位進(jìn)行性能檢測(cè)，這是在無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司盤件上從沒(méi)出現(xiàn)過(guò)的新情況。對(duì)此，為了得到各部位性能較好匹配的特大型渦輪盤，需要對(duì)特大型渦輪盤熱處理制度進(jìn)行探索。對(duì)渦輪盤試樣進(jìn)行不同溫度和保溫時(shí)間的固溶處理可知，渦輪盤試樣在1050℃進(jìn)行固溶處理得到的晶粒存在明顯不均勻現(xiàn)象；1150℃以上固溶晶粒將顯著長(zhǎng)大，合金強(qiáng)度降低；而1100℃固溶處理8小時(shí)空冷可得到理想的晶粒和性能。在一定固溶溫度和保溫時(shí)間下的晶粒尺寸可用下式進(jìn)行估算：二次固溶冷卻速度在一定的范圍內(nèi)不會(huì)對(duì)合金性能產(chǎn)生顯著影響，但當(dāng)冷卻速度低于一定水平后會(huì)導(dǎo)致合金室溫屈服強(qiáng)度的顯著衰減。經(jīng)過(guò)對(duì)渦輪盤冷卻速度的實(shí)際測(cè)量可以得知渦輪盤冷卻速度與盒冷速度非常接近，因而二次固溶后對(duì)渦輪盤采用空冷不會(huì)造成盤件性能的顯著降低。從不同熱處理制度對(duì)特大型渦輪盤試樣組織、性能的影響可知，下述三種熱處理均能得到理想的組織和性能。1)1100℃/8h,AC+1000℃/4h,AC+775℃/16h,AC2)1100℃/8h,AC+1000℃/4h,AC+775℃/16h,AC+700℃/16h,AC3)1000℃/8h,AC+650℃/20h,AC+775℃/16h,AC選擇Ⅰ制度在GH4698合金特大型渦輪盤整體件上進(jìn)行了試驗(yàn)，得到了理想結(jié)果。④用本項(xiàng)目基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究?jī)?yōu)化的模鍛工藝和熱處理工藝，研制了φ800毫米的大型GH4698合金渦輪盤零件，經(jīng)檢測(cè)分析，其組織和性能均達(dá)到技術(shù)要求。通過(guò)該產(chǎn)品的試制，形成了一條適合公司的生產(chǎn)技術(shù)條件的制造大型高溫合金渦輪盤的技術(shù)路線。
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