【摘 要】
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深蓝战略船用柴油低速机燃烧室关键动力部件—排气阀依赖电镦-锻制造,其镍基超合金在狭窄的热变形参数域内孪晶与动态再结晶伴生形成一般与特殊混合并被其裂解的晶界网络,提高低ΣCSL晶界比例优化晶界特征分布实现晶粒细化和高孪晶化双目标将显著提升与晶界相关综合性能。本文采用冷变形预储能获得高位错密度的亚晶界以激励Ni80A镍基超合金热变形时动态再结晶和孪晶形核,通过分析冷-热变形参数对热变形时孪晶-动态再结
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深蓝战略船用柴油低速机燃烧室关键动力部件—排气阀依赖电镦-锻制造,其镍基超合金在狭窄的热变形参数域内孪晶与动态再结晶伴生形成一般与特殊混合并被其裂解的晶界网络,提高低ΣCSL晶界比例优化晶界特征分布实现晶粒细化和高孪晶化双目标将显著提升与晶界相关综合性能。本文采用冷变形预储能获得高位错密度的亚晶界以激励Ni80A镍基超合金热变形时动态再结晶和孪晶形核,通过分析冷-热变形参数对热变形时孪晶-动态再结晶演进规律的影响,揭示冷变形预储能调控低CSLΣ3n晶界密度的机理。基于冷压缩-热压缩实验和EBSD表征结果,构建并求解直接受变形参数驱动的Ni80A镍基超合金孪晶-动态再结晶混合晶界统一模型。将建立的混合晶界统一模型植入到Msc.Marc有限元软件中建立冷压缩-热压缩多场多尺度有限元模型,实现冷压预处理-加热保温-等温热压缩的全流程孪晶-动态再结晶演化模拟,进一步揭示孪晶-动态再结晶的动态演进规律和低CSLΣ3n晶界密度与组织参量的交互响应关系。将模拟结果与EBSD实验结果进行对比,验证所建Ni80A镍基超合金孪晶-动态再结晶混合晶界统一模型及有限元模型的有效性和可靠性,为Ni80A镍基超合金冷压预处理调控低CSLΣ3n晶界密度提供理论指导。本文的主要研究内容及结论如下:（1）完成了Ni80A镍基超合金在冷压下率为10%～30%范围内的轴对称冷压缩实验、经10%～30%冷压下率预处理后在温度范围为1273～1473 K和应变速率范围为0.001～10 s-1的等温压缩实验;并对压缩后的试样进行EBSD表征分析。（2）根据EBSD表征结果,分析并揭示不同冷压下率的组织演变规律和经不同冷压下率冷压预处理后再热变形时的孪晶-动态再结晶的演进机理,由冷变形预储能作用产生的高位错密度的亚晶界会成为热压缩过程中动态再结晶的形核点,使得动态再结晶临界应力/应变降低,动态再结晶被提前激活,再结晶体积分数显著增加,Σ3n晶界含量明显增多。（3）分析并揭示经30%冷压下率冷压预处理后在热变形温度范围为1273～1423K和应变速率范围为0.001～10 s-1的孪晶-动态再结晶的演进规律。低CSLΣ3n晶界密度(BLDΣ3 n)随热变形温度和应变速率的演进规律与动态再结晶体积分数、储能和平均晶粒尺寸存在动态交互响应关系,BLDΣ3 n随着储能的降低和平均晶粒尺寸的增大而减小;在低温高应变速率下,可以获得晶粒细化、高的BLDΣ3 n的组织。与该热变形范围内未经冷压预处理的组织相比,经冷压预处理后组织的动态再结晶体积分数均在80%以上,晶粒得到明显细化,低CSLΣ3n晶界密度明显提高。（4）推导构建冷压缩-加热保温-等温热压缩过程的低CSLΣ3n晶界密度演化模型、动态再结晶模型、位错密度演化模型;基于采集到的Ni80A镍基超合金经冷压预处理再热压缩的真应力应变数据与EBSD表征结果,建立并求解Ni80A镍基超合金冷压预处理后热变形过程中的孪晶-动态再结晶混合晶界统一模型。（5）开发Ni80A镍基超合金孪晶-动态再结晶混合晶界统一模型和位错密度场量继承系列子程序,设计非线性加载速度和电流,建立Ni80A镍基超合金冷压缩-热压缩过程多场多尺度有限元模型,定量分析并可视化冷压缩-加热保温-等温热压缩过程的位错密度、动态再结晶体积分数、晶粒尺寸和低CSLΣ3n晶界密度的动态演进规律和分布,并进一步揭示热变形过程中低CSLΣ3n晶界密度与储能、动态再结晶体积分数和晶粒尺寸组织参量的动态交互响应关系。同时验证了所建Ni80A镍基超合金孪晶-动态再结晶混合晶界统一模型及有限元模型的有效性和可靠性。
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