GH4169高温合金静态再结晶动力学研究

摘 要：对 GH4169 高温合金在 Gleeble-3500 热模拟实验机进行了双道次和单道次热压缩实验。分析了变 形温度、应变速率、间隔保温时间、变形量和初始晶粒尺寸对 GH4169 高温合金静态再结晶体积分数的影 响。实验结果表明：变形温度越高、应变速率越大、道次间隔时间越长，变形量越大，初始晶粒度越小， 静态再结晶体积分数越大。根据实验结果，建立了 GH4169 高温合金的静态再结晶模型，并将所建立的模 型的预测结果和实验结果进行了对比分析，二者比较吻合。 关键词：GH4169 高温合金；双道次热压缩实验；静态再结晶
从图 2(a)中可以看出,第二道次压缩时的屈服应力会随道次间隔时间的延长而减小，第 二道次压缩时的屈服应力回复到卸载时的应力所需要的应变量随保温时间的延长而增加， 即 静态再结晶的软化效果越明显，图 2(b)可以看出，温度高、速率低的情况下，屈服应力相对 小，这是因为随着温度的升高，内部原子迁移扩散剧烈，变形激活能较大，使得屈服应力降 低。图 2(c)所示中可以看出相同保温时间、相同变形温度，随着应变速率的升高，应力逐渐 增大，这是因为较大的变形速率下，尽管形变储存能增大，但是形变时间短，位错来不及相 消，位错密度越来越高，导致应力增高。图 2(d)可以看出，在相同温度、相同应变速率，随 着保温时间的不同，图 2(d)所示随着保温时间的增加，第二道次的屈服应力比图 2(c)有所增 加，随着间隔保温时间的延长，静态再结晶百分数增多，同时位错密度不断减小，要达到发 生动态再结晶的临界应变， 必须建立更多的位错密度， 所以随着保温时间延长加工硬化现象
越明显。 2.2 单道次实验的微观组织结果分析 图 3 为单道次压缩实验的显微组织分布。
图 3 GH4169 高温合金单道次压缩实验显微组织 Fig.3Microstructure of the single-pass hot compression tests of GH4169 alloy (a)1050℃，10%，120 s；(b) 1050℃，10%，290 s； (c)1050℃，15%，120 s；(d)1050℃，15%，370 s
2. 实验结果及其分析
2.1 双道次实验的应力应变曲线分析 图 2 为高温合金 GH4169 在不同道次间隔时间为 5、15、30 和 60 s 的双道次热压缩真 应力-真应变曲线图。
图 2 GH4169 高温合金两道次压缩真应力应变曲线 Fig.2 True stress strain curves of the double-pass hot compression tests of GH4169 alloy (a)1000℃-1s-1 ;(b)1050℃-0.1s-1 ;(c)1050℃-5s ;(d)1050℃-60s
图 1 GH4169 合金原始锻态组织 Fig.1 Original microstructure of GH4169 alloy
1.2 实验方案 GH4169 高温合金静态再结晶热模拟实验分双道次实验和单道次实验，两道次实验是为 获得静态再结晶体积分数 srex 和 t 0 .5 以及动力学模型参数，单道次实验为了验证 GH4169 高温合金静态再结晶双道次压缩实验所得出的模型（静态再结晶体积分数 srex 和 t 0 .5 ）的 正确性和得出 GH4169 高温合金静态再结晶的再结晶晶粒度模型d srex 。 GH4169 高温合金静态再结晶双道次实验方案具体如下所示： 1）应变速率对静态再结晶分数的影响：将试样以 10℃/s 的速度加热到 1050℃，保温 2min 后进行压缩, 第一道次压缩的变形量都为 10% ,应变速率分别为 0.01、 0.1、 1 和 10s-1, 间 隔一定时间(5、15、30 和 60 s)后，第二道次压缩达到变形量 10%后，立即水冷。 2）变形量对静态再结晶体积分数的影响：将试样以 10℃/s 的速度加热到 1050℃，保温 2min 后进行压缩，两次压缩的应变速率均 1s-1，第一道次的压缩量分别为 15%、10%、7% 和 5%，间隔一定时间(5、15、30 和 60 s)后，第二道次压缩达到变形量 10%后，立即水冷。 （3）初始晶粒度对静态再结晶体积分数的影响：将试样以 10℃/s 的速度分别加热到变 形温度(1000、1050、1100 和 1150℃)，保温 5 min, 获得不同的初始晶粒度。然后以 10℃/s 的速度冷却到变形温度 1050℃， 保温 2 min 后,进行压缩, 两道次应变速率均为 1s-1， 第一道 -1 次压缩的变形量为 10%，应变速率均为 1s ，分别间隔一定时间(5、15、30 和 60 s)后，第 二道次压缩达到变形量 10%后，立即水冷。 （4） 变形温度对静态再结晶体积分数的影响： 将试样以 10 ℃/s 加热速度加热到 1150℃， 保温 5min 以获得相同的初始晶粒度。 然后以 10℃/s 的速度分别冷却到变形温度 （1000、 1050、 -1 1100 和 1150℃） ， 保温 2min 后进行热压缩试验, 两道次热压缩应变速率均为 1s ，第一道次 压缩的变形量为 10%，应变速率均为 1s-1，间隔时间 5、15、30 和 60 s)，第二道次压缩达 到变形量 10%后，立即水冷。 GH4169 高温合金静态再结晶单道次实验具体实验方案如下所示： （1） 考虑初始晶粒度的影响： 将试样以 10℃/s 的速度分别加热到初始温度(1000、 1050、 1100 和 1150℃)，保温 5min,以获得不同的初始晶粒度，然后以 10℃/s 的速度冷却到变形温 度 1050℃ , 保温 2 min 后进行压缩,压缩变形量为 10% , 应变速率为 1s-1，变形后对应的空
1. 热模拟实验

1.1 实验材料及方法
热 模 拟 实 验 所 用 坯 料 为 原 始 锻 态 GH4169 高 温合 金 ， 来 料 经 线 切 割 加 工 成 φ 8 mm× 12mm 的圆柱形试样，试样原始显微组织为均匀的等轴晶粒，大约为 32μm，如下图 1 所示。原始锻态材料组织为均匀的等轴晶粒。
收稿日期:2014-09-22 ；修订日期:2015-03-30 基金项目: 国家重大科技专项(X04012011) 作者简介：赵立华(1975－), 女,讲师，从事冶金与生态材料环保新技术，电话：010-62333367，E-mail: zhaolihua@。
冷时间为：250、290、320 和 350s，随后水冷。 （2）考虑变形量的影响：将试样以 10℃/s 的速度加热到 1150℃，保温 5min 以统一初 始晶粒度。 然后以 10℃/s 的速度冷却到变形温度 1050℃ ,保温 2min 后进行压缩,压缩量分别 为 15%、13%、10%和 7%,应变速率均为 1s-1，变形后对应的空冷时间为：120、170、290 和 370 s，随后水冷。
GH4169 高温合金主要用于航空航天、石油工业和核能等特殊重要领域，因此其恶劣的 工作环境对其性能有很高的要求。GH4169 合金的性能主要取决于其晶粒的大小和组织的均 匀性等[1-3]。 目前对 GH4169 高温合金的加工主要是热加工，GH4169 高温合金在热加工过程 中， 其内部显微组织演化是决定锻件最终组织性能的关键因素， 而此过程又是非常复杂的[4-5]。 影响 GH4169 高温合金的内部显微组织演化过程已不仅仅是热态变形过程中动态再结晶过 程和热态变形过程随后的高温滞留阶段发生亚动态再结晶过程， 没有发生动态再结晶的部分 组织在间隙时间里发生静态回复、 静态再结晶及晶粒长大的过程对锻件的组织性能也有很大 的影响。目前研究 GH4169 高温合金的热变形主要研究其动态再结晶和亚动态再结晶过程， 而静态再结晶过程较少[6-7]。为了更准确地预测和控制 GH4169 高温合金锻件的组织性能， 优化锻造工艺，非常有必要研究 GH4169 高温合金的静态再结晶过程。
网络出版时间：2015-04-29 09:54 网络出版地址：/kcms/detail/11.4545.tg.20150429.0954.001.html
GH4169 高温合金静态再结晶动力学研究
赵立华 1, 张艳姝 2,吴桂芳 2
（1.北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083; 2. 机械科学研究总院先进制造技术研究中心，北京 100083）
Abstract: The two-pass hot compression tests and single-pass hot compression tests of superalloy GH4169 were conducted by a Gleeble-3500 Thermal simulator. The effects of deformation temperature，strain rate，interval holding time，the deformation, and initial grain size on the static recrystallization volume fraction of superalloy GH4169were analyzed. The results show that the higher deformation temperature，strain rate, the longer interval holding time, the greater deformation, and the smaller initial grain size, the greater volume fraction of the static recrystallization. Based on experimental results, the static recrystallization model of superalloy GH4169 was proposed. A contrastive analysis was made between results predicted by models and experimental results.The predicted results is good. Key words :two-pass hot compression tests; superalloy GH4169; static recrystallization