层错能和γ'含量对Ni-Co基变形高温合金力学行为影响的研究

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新型Ni-Co基高温合金是一种通过固溶强化、沉淀相强化、细晶及孪晶强化的典型的变形高温合金。Ni-Co基高温合金综合了Ni基高温合金和Co基高温合金的优异性能,该合金既具有Ni基合金所能提供的基本性能,又具有Co基合金所能提供的高温性能和较高的热变形加工窗口。Ni-Co基高温合金由于Co含量的加入使其具有较低的层错能,但是目前关于层错能对其拉伸、蠕变等变形行为的研究较少。Portevin-LeChatelier(PLC)效应是指金属或合金在一定温度和应变速率下变形时表现出来的塑性失稳现象,宏观上表现为锯齿型屈服和局域塑性变形带(PLC带,PLC效应在高温合金中广泛存在并且严重降低合金的低周疲劳寿命。但是针对Ni-Co基高温合金的PLC效应的研究较少。因此针对上述问题,开展了如下研究。  配制了含5 wt.%Co、15 wt.%Co和23 wt.%Co的三种Ni-Co基高温合金,系统研究了三种合金从室温到725℃时的拉伸变形行为。实验结果表明:随Co含量的增加,三种合金的层错能经测定分别为40.1、33.3和24.9 mJ/m2; Co含量的增加对合金的相组织影响不大,但是降低了合金中的一次γ相的体积分数,同时提高了合金中二次和三次γ相的体积分数;合金低温时以位错滑移为主的拉伸变形机制不受层错能的影响,但是层错能的降低使合金中温时的拉伸变形机制由层错切割γ相向微孪晶转变;层错能的降低能使合金在中温变形时引入大量的变形微孪晶,微孪晶的引入一方面提高了合金的强度和应变强化能力,另一方面造成了合金的中温脆性。  研究了不同层错能的三种Ni-Co基高温合金在650℃/840MPa和725℃/630MPa条件下的蠕变变形行为,研究结果表明:层错能的降低会促进合金蠕变变形过程中基体γ相中全位错的分解;两种蠕变条件下蠕变第一阶段的变形机制基本不受合金层错能的影响,都是以基体中位错滑移、Orowan绕过和APB切割为主;高层错能合金在725℃/630MPa蠕变时的蠕变第二、三阶段以只切过γ相的层错变形为主,在650℃/840MPa蠕变时的蠕变第二、三阶段以切过γ相和基体γ相的连续层错(Continuousstacking faults)变形为主,蠕变应力的升高能促进层错切割方式的转变;低层错能合金在两种蠕变条件下的蠕变第二、三阶段以连续层错和微孪晶变形为主;层错能的降低会促进合金中的微孪晶机制的发生从而提高合金的蠕变性能。  合金中的PLC效应一般是用动态应变时效理论解释的,动态应变时效理论认为塑性变形时可动位错与溶质原子的交互作用造成了PLC效应。层错能和γ相含量的改变都会影响Ni-Co基高温合金的拉伸变形行为,进而影响可动位错与溶质原子的交互作用。研究了层错能对Ni-Co基高温合金PLC效应的影响,研究结果表明:随温度的升高或应变速率的降低,Ni-Co基高温合金发生PLC效应时的锯齿波型由A向B向C转变,锯齿跌幅增大,锯齿跌幅的分布由幂率分布向峰值分布转变;Ni-Co基高温合金发生的PLC效应都是由脱钉引起的,且Ni-Co基高温合金发生的PLC效应主要是由置换溶质原子Cr和可动位错作用引起的;层错能的降低使合金发生PLC效应的温度区间向高温区移动;层错能的降低使合金在高温低应变速率且大应变时出现大跌幅的锯齿,这和合金变形中形成的层错或微孪晶有关。  通过设计配制四种不同γ相体积分数的Ni-Co基高温合金研究了γ相含量对合金发生PLC效应的影响,研究结果表明:γ相含量的改变对合金发生PLC效应的的锯齿形貌有很大影响,γ相含量的增加能够使发生PLC效应的区间向低温高应变速率移动;γ相含量改变对合金发生PLC效应时的激活能影响不大,γ相和温度、应变速率的作用一样都是合金发生PLC效应的一个条件;通过计算激活能发现四种γ相含量合金中的PLC效应都是由置换Cr原子和可动位错相互作用引起的;γ相含量的增加能使合金变形过程中引入更多的层错从而促进合金PLC效应的发生。
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