INCONEL718合金厚板熱加工過程中的組織演變與力學(xué)行為.pdf

1、作為鎳基高溫合金的代表,Inconel718合金由于具有優(yōu)異的綜合性能,廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域。該合金的厚板構(gòu)件不僅具有高溫合金本身的優(yōu)點(diǎn),還具有剛度高、耐磨損等優(yōu)點(diǎn),得到了越來越多的應(yīng)用。與薄板相比,金屬厚板成形難度大, Inconel718合金厚板構(gòu)件的制造通常采用熱加工來完成。Inconel718合金在高溫條件下的組織演變復(fù)雜,變形時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)對(duì)顯微組織也有很大影響,組織控制難度大。此外,高溫成形的尺寸精度控制一直是關(guān)注的重點(diǎn)

2、。同時(shí),對(duì)于金屬厚板構(gòu)件的制造來說,高溫成形后的焊接環(huán)節(jié)必不可少。厚板的焊接接頭較薄板要復(fù)雜得多,由于對(duì)熱輸入比較敏感,該合金厚板焊接接頭的組織性能更加多變,而且 Inconel718合金的焊前組織對(duì)焊后接頭性能的影響也不可忽視。
　　本文研究了Inconel718合金熱加工過程中的組織演變和力學(xué)行為,利用有限元數(shù)值模擬與成形試驗(yàn)結(jié)合的方法研究了該合金厚板高溫彎曲成形尺寸精度變化規(guī)律和微觀組織控制技術(shù),同時(shí)研究了真空電子束焊接接頭

3、的性能與特點(diǎn)。
　　通過研究其高溫變形行為,建立了合金高溫拉伸和壓縮的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,同時(shí)繪制了該合金應(yīng)變量ε為0.4的高溫壓縮變形的熱加工圖。壓縮變形出現(xiàn)流變失穩(wěn)區(qū),位于高應(yīng)變速率區(qū)。變形的能量耗散率較高,最高值出現(xiàn)在高溫低應(yīng)變速率區(qū)附近。
　　通過對(duì)合金進(jìn)行等溫加熱試驗(yàn),建立了Inconel718合金等溫加熱過程中的晶粒長大模型。當(dāng)合金在1050℃以下加熱時(shí),晶粒長大速度低于1050℃以上。通過對(duì)合金進(jìn)行高溫變形試驗(yàn),得出

4、合金變形后的晶粒尺寸與該溫度下等溫加熱后的相近。應(yīng)變速率過高(0.1s-1以上)時(shí),合金的變形組織中不會(huì)出現(xiàn)明顯的晶粒細(xì)化現(xiàn)象。應(yīng)變速率較低時(shí)(0.001s-1,0.01 s-1),變形組織出現(xiàn)再結(jié)晶。變形溫度過高(1100℃)或應(yīng)變速率過低(0.001s-1)時(shí)再結(jié)晶晶粒明顯長大。
　　將合金高溫變形的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)用于有限元數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明,彎曲件的尺寸偏差主要存在于彎曲段,隨凸凹模間隙的減小和摩擦系數(shù)的增加而降低,同時(shí)

5、隨著彎曲半徑的增大而增加。Inconel718合金厚板彎曲件應(yīng)變集中在彎曲變形部分,平面部分變形量小。較大的應(yīng)變速率出現(xiàn)在彎曲半徑較小即應(yīng)變量較大的區(qū)域。選取加熱溫度1038℃,凸模壓下速度20mm/s為成形試驗(yàn)的工藝參數(shù)。
　　對(duì)合金厚板真空電子束焊接接頭整體及分層的顯微組織及力學(xué)性能進(jìn)行了研究。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后,δ相在焊接熔合區(qū)最多,γ”相的情況與之相反。接頭下層力學(xué)性能最好,上層最差。晶界處δ相析出數(shù)量多,晶內(nèi)強(qiáng)化相γ’和γ”

6、的析出量少,使焊縫中心處顯微硬度低。焊前熱處理溫度決定了焊接接頭微觀組織和力學(xué)性能。母材及熱影響區(qū)的晶粒尺寸隨該溫度的升高而增大,熔合區(qū)組織與之無關(guān);接頭強(qiáng)度隨該溫度升高而降低,延伸率升高。
　　高溫彎曲試驗(yàn)表明,使用固定的凸凹模間隙和摩擦條件,成形后彎曲件外表面劃傷隨彎曲半徑的增大而減輕,尺寸偏差的變化趨勢(shì)與之相反。據(jù)此,提出漸變凸凹模間隙和摩擦系數(shù)的方法,采用此方法,使用1038℃的加熱溫度,20mm/s的凸模壓下速度進(jìn)行高溫