17-4PH钢热变形特性与高温铁素体析出条件研究

发布时间：2020-06-04 12:25

【摘要】：17-4PH沉淀硬化不锈钢因其具有优良的机械性能、优良的耐腐蚀性、焊接性等特点,被广泛用在核工业、化工、航空航天和船舶等领域中,在国内主要作为汽轮机叶片用钢。良好的叶片产品是发展大功率汽轮机和提高机组经济性的先决条件之一。提升叶片质量的稳定性、改善叶片工艺的可靠性,以满足汽轮机技术更新升级的需要,一直是研究者和工程技术人员的一个重要任务。在叶片锻件的生产制造过程中,要先加热到一定的温度,再进行成形。锻件质量与材料加热后的晶粒尺寸、显微组织及热变形能力密切相关。在生产中“控形”的同时也要“控性”。在“控性”方面,微观组织作为影响材料宏观力学性能的重要因素,一方面,在生产较大型锻件时,要控制好晶粒尺寸,粗晶、混晶等不良晶粒组织将严重影响产品的力学性能;另一方面,对于17-4PH钢,在一定加热温度条件下会形成高温铁素体,高温铁素体与基体晶格结构不同,在外力作用下,高温铁素体是微裂纹的一大诱因,规避高温铁素体的析出行为很关键。而在“控形”方面,要达到叶片复杂外观和尺寸的要求,涉及到17-4PH钢的宏观变形行为,需要掌握17-4PH钢的高温流变特性,建立材料模型,从而可以借助数值模拟技术来研究材料热变形行为。本文围绕17-4PH钢的热变形特性,主要开展了以下工作:(1)通过加热保温实验,研究了晶粒长大规律,分析了不同的加热温度和保温时间对17-4PH钢晶粒尺寸的影响,建立了奥氏体晶粒长大模型;(2)观察了不同加热条件下高温铁素体的析出情况,确定了高温铁素体的析出条件。综合奥氏体晶粒尺寸和高温铁素体析出情况,确定了17-4PH的始锻温度范围。(3)对不同加热温度下的保温试样进行热镦粗成形实验,对比分析了析出与不析出高温铁素体时试样的热变形能力,观察了析出高温铁素体试样的金相组织,分析得到了高温铁素体对热变形能力的影响规律。(4)以Gleeble热模拟压缩实验为出发点,研究了17-4PH钢的高温流变特性,通过分析每种条件下的流变应力曲线,利用多元线性拟合建立了两段式高温流变应力模型和动态再结晶百分数模型,并进行了模型验证,为数值模拟奠定了基础。
【图文】：

奥氏体晶粒

14图 2-2 17-4PH 钢在不同温度下保温 30min 得到的奥氏体晶粒Fig.2-2 The morphology of austenite grains at holding time of 30min and different heatingtemperaturesa)1100℃；b)1150℃；c)1175℃；d)1200℃；e)1225℃；f)1250℃

形貌,奥氏体晶粒,加热温度,晶粒尺寸

2.3 实验结果分析2.3.1 加热温度对晶粒长大的影响图 2-2、图 2-3 分别为 17-4PH 钢在不同温度下保温 30 分钟、60 分钟得到的奥氏体晶粒形貌。由图 2-4 可以看到，，当温度较低时，其奥氏体晶粒比较细小。当温度逐渐增大，其奥氏体晶粒也随着增大。当温度达到 1175℃时，晶粒尺寸急剧增大。加热温度在 1200℃以上时，部分晶粒尺寸很大，个别晶粒尺寸在 500μm左右。对于图 2-3，分析可得到类似的结论，加热温度在 1200℃及以上时，晶粒组织粗大。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1

【参考文献】