IN740H合金不同形变条件下的微观组织演变及力学行为研究

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IN740H合金是在IN740合金的基础上通过提高Al元素含量、降低Ti元素含量并控制Si含量而研发的一种镍-铬-钴基高温合金,具有优异的高温持久蠕变性能、长期时效的组织热稳定性、优良的加工焊接性能及较低的成本,在700℃等级A-USC过(再)热器用换热管及高温蒸汽管道得到了广泛应用。热挤压是IN740H合金管材制备过程中的关键工序,由于其合金化元素多且含量高,在加工过程中存在变形抗力大、热加工温度范围窄等特点,热加工难度非常大,因此通过热模拟研究合金的热变形行为,探究热加工参数对合金的组织演变规律,从而对指导热挤压生产具有重要的工程意义。本文采用Gleeble-3500热模拟试验机对固溶状态IN740H合金在不同变形温度和应变速率下进行等温热压缩试验,将试验数据采集处理得到流变应力曲线,分析不同热加工参数对流变应力的影响,并通过Arrhenius方程构建高温本构模型,预测流变应力。基于DMM动态模型理论绘制热加工图,利用光学显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射等表征手段研究合金在不同变形条件下的微观组织变形机制,通过不同温度下的高温拉伸试验,探究合金的高温断裂机制,系统分析了IN740H合金在不同形变条件下的微观组织演变和力学行为。流动应力曲线表明,在恒定应变速率下,IN740H合金的峰值应力随变形温度的升高而减小,在恒定变形温度下,合金的峰值应力随应变速率的降低而减小。通过Arrhenius公式建立合金的本构方程,模拟合金的高温变形过程。利用DMM动态模型理论构建热加工图,得到合金的热变形安全区域和失稳区域,与热变形微观组织对比分析并推导出最佳的热加工参数。流变失稳图和功率耗散图表明,在温度范围为1120-1200℃、应变速率0.01-0.32 s-1时,合金表现出最优的热加工特性。微观结构分析表明,合金在热变形组织中再结晶晶粒相较于原始晶粒明显细化,这是由于随着变形量的增加、温度的升高或应变速率的降低,新晶粒和原始晶粒之间的自由能增强,动态再结晶晶粒生长的驱动力增加,动态再结晶的成核速率和生长速率增加,再结晶晶粒长大,再结晶行为更容易发生。热变形微观结构的EBSD研究表明,非连续动态再结晶(DDRX)是IN740H合金热压缩过程中的主要成核机制,随着晶界上许多位错的积累,位错被堵塞,这种堵塞将迫使边界向位错密度较高的晶粒滑动,减小了滑动晶界扫过的区域中的位错密度,然后生成了DDRX的重结晶核。IN740H合金的高温断裂机制以韧性断裂为主,合金的抗拉强度总体上呈现下降的趋势,断面收缩率和断后伸长率表现出先下降后上升的趋势,这是由于合金在750℃时断口的断裂机理由脆性断裂向韧性断裂转变。
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