脉冲电流对GH4169合金再结晶行为的影响

论文摘要

高温合金具有良好的高温强度和优异的综合性能,在航空、航天等众多工业领域占据不可替代的重要位置。随着对其性能和质量要求的不断提高,高温合金合金化的程度也日益增加,带来了变形抗力大、再结晶温度高、热加工温度区间窄等诸多问题。寻找新的塑性加工原理和工艺对于解决高温合金的难变形问题尤为重要。脉冲电流作为一种瞬时输入的能量形式,在利用其电塑性效应对镁合金、不锈钢、钛合金等金属材料进行塑性加工的研究中已获得诸多成果。而脉冲电流能够降低金属材料的再结晶起始温度,这恰是扩大难变形高温合金热加工温度区间的关键。迄今为止,关于脉冲电流下难变形高温合金再结晶行为的研究尚未见报道,而该问题的解决,恰是利用脉冲电流解决高温合金难变形问题的前提和基础。本文针对GH4169合金进行了脉冲电流退火试验,研究了不同脉冲电流参数对合金再结晶起始温度、再结晶激活能的影响规律,并对脉冲电流影响合金静态再结晶行为的机理进行了探讨。同时进行了不同脉冲电流密度下GH4169合金的800℃高温拉伸试验,研究了脉冲电流对合金动态再结晶行为的影响规律及机制。研究发现,施加脉冲电流显著降低了合金的再结晶起始温度,且降低幅度随脉冲电流密度、频率、脉宽的增大而增大。脉冲电流还降低了合金的再结晶激活能,在4kA、20HZ、30μs脉冲电流下合金的表观再结晶激活能为342.71kJ/mol,相比常规退火下的577.19kJ/mol,降低了39.8%。合金的再结晶机制及再结晶过程均与δ相的析出密切相关,当δ相在晶界处分布间距较大、或δ相尺寸较小时,再结晶趋向于原晶界弓出长大推进,当δ相分布致密、或δ相尺寸较大时,再结晶趋向于重新形核推进,脉冲电流则通过改变δ相的析出及再结晶形核与长大行为,进而影响合金的再结晶过程。脉冲电流使GH4169合金800℃高温拉伸变形抗力的显著下降与高温下脉冲电流对位错运动的促进作用(纯电塑性效应)有关。而脉冲电流下合金塑性的增加,得益于电塑性效应和脉冲电流对动态再结晶行为的促进作用。脉冲电流密度的增大能促进合金动态再结晶过程,降低合金发生动态再结晶所需的临界变形量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 高温合金概况
• 1.1.1 高温合金的分类
• 1.1.2 高温合金的发展
• 1.1.3 高温合金的强化原理
• 1.1.4 GH4169合金及其特征
• 1.1.5 难变形（高合金化）高温合金存在的问题
• 1.2 变形金属再结晶行为概述
• 1.2.1 回复
• 1.2.2 再结晶及晶粒长大
• 1.2.3 影响再结晶的主要因素
• 1.2.4 再结晶机制
• 1.2.5 再结晶动力学
• 1.2.6 动态再结晶
• 1.3 脉冲电流处理对金属材料性能的影响
• 1.3.1 电致塑性效应
• 1.3.2 电脉冲对非晶合金晶化和金属材料再结晶的影响
• 1.3.3 电脉冲处理对金属材料力学性能的影响
• 1.4 本文主要研究内容及意义
• 第2章 实验材料及研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 GH4169（Inconel 718）简介
• 2.1.2 试样尺寸
• 2.2 试验装置与试验过程
• 2.2.1 脉冲电流发生器
• 2.2.2 静态再结晶研究的试验过程
• 2.2.3 动态再结晶研究的试验过程
• 2.2.4 脉冲电流作用下热效应的测定与排除
• 2.3 合金组织、结构的表征与分析
• 2.3.1 显微组织及表面宏观形貌观察
• 2.3.2 微结构和微成分分析
• 第3章 脉冲电流对GH4169合金静态再结晶行为的影响
• 3.1 GH4169合金冷轧变形前后组织形貌
• 3.2 脉冲电流对GH4169合金再结晶起始温度的影响
• 3.2.1 常规退火处理下GH4169合金的再结晶起始温度
• 3.2.2 4kA、20Hz、30μs脉冲电流作用下GH4169合金的再结晶起始温度
• 3.2.3 脉冲电流频率变化对GH4169合金再结晶起始温度的影响
• 3.2.4 脉冲电流密度变化对GH4169合金再结晶起始温度的影响
• 3.2.5 脉冲电流脉宽变化对GH4169合金再结晶起始温度的影响
• 3.3 脉冲电流对GH4169合金再结晶激活能的影响
• 3.3.1 常规温度场下GH4169合金的再结晶激活能
• 3.3.2 4kA、20Hz、30μs脉冲电流处理下GH4169合金的再结晶激活能
• 3.4 脉冲电流对GH4169合金再结晶机制的影响
• 3.4.1 脉冲电流对δ相析出行为的影响
• 3.4.2 6相对GH4169合金再结晶机制的影响
• 3.5 脉冲电流对GH4169合金再结晶行为的影响机理探讨
• 第4章 脉冲电流对GH4169合金动态再结晶行为的影响
• 4.1 脉冲电流密度对GH4169合金高温拉伸行为的影响
• 4.1.1 不同脉冲电流密度对GH4169合金高温拉伸性能的影响
• 4.1.2 不同脉冲电流密度下GH4169合金高温拉伸的应力-应变曲线
• 4.1.3 不同脉冲电流密度下GH4169合金高温拉伸断口附近微观组织形貌
• 4.2 脉冲电流对GH4169合金动态再结晶行为的影响
• 4.2.1 变形量对GH4169合金动态再结晶的影响
• 4.2.2 脉冲电流密度对GH4169合金动态再结晶的影响
• 4.2.3 脉冲电流条件下GH4169合金高温拉伸动态再结晶现象TEM观察
• 4.3 脉冲电流对GH4169合金高温拉伸行为及动态再结晶行为的影响机理探讨
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢