GH3625合金热挤压成形过程爆裂行为研究
发布时间：2021-03-27 21:32
GH3 6 2 5合金由于在6 5 0℃以下具有优异的综合性能,目前主要以无缝管材的形式被广泛应用于化工、核电、航空航天和国防等领域。但由于其合金化程度高,变形抗力大,热加工温度范围窄,在无缝管材的热挤压成形过程中容易出现裂纹,闷车,爆裂等问题,降低了生产效率。本文以GH3625合金热挤压爆裂管材为研究对象,分析GH3625合金无缝管材在热挤压成形过程中的管爆裂行为机制,揭示关键挤压参数对GH3 6 2 5合金型材缺陷产生的影响规律及作用机理,为进一步优化GH3 6 2 5合金无缝管材的热挤压工艺参数,提高管材的成材率提供理论指导。研究了不同管坯组织状态对热挤压成形GH3625合金无缝管材的影响。结果表明:铸态管坯发生了爆裂现象,而经过均匀化处理的管坯成功挤出;这是由于铸态GH3625合金的组织中存在大量由于严重的微观偏析而形成的Laves相,在热挤压过程中严重的绝热升温导致管坯中间位置的温度超过了Laves相和部分碳化物的熔点,使得Laves相和碳化物发生了过烧现象,它们熔化并扩散到周围基体中形成了大量微裂纹和孔洞,在模具出口处高拉应力的作用下,这些裂纹和孔洞迅速扩展并相互连接在一起...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍基高温合金中的重要组成元素[6]
GH3625合金热挤压成形过程爆裂行为研究图1.1镍基高温合金中的重要组成元素[6]素可以分为三类[6]：第一类是位于元素周期表Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ族的Co、Fe、Cr、Mo等元素，由于它们的原子半径与基体Ni的原子半径相差不大，所以会优先进入面心立方的奥氏体基体中，对合金起到固溶强化的作用；第二类是元素周期表Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ族的Al、Ti、Nb、Ta等元素，他们进入基体Ni并形成γ′沉淀相；第三类是元素周期表Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ族的Mg、C、Zr等元素，他们的原子半径与基体Ni的原子半径相差较大，不容易形成置换固溶体，所以会在晶界附近处偏聚，对合金起到晶界强化的作用。典型镍基高温合金的微观组织如图1.2所示，主要包括基体γ相(面心立方结构)、主要强化相γ′相(Ni3(Al,Ti))、γ+γ′共晶相和碳化物(MC、M6C、M23C6等)[7]。除此之外，还有强化相γ″相(Ni3Nb)及其同素异构体δ相。图1.2镍基高温合金的微观组织[7]1.2GH3625合金概述1.2.1GH3625合金简介GH3625合金是我国参照美国国际镍公司为蒸汽管道所设计的牌号为Inconel625的一种以Mo、Nb为主要强化元素的固溶强化型镍基变形高温合金，由于含2
工程硕士学位论文有较高含量的Cr元素(20-23wt%)，使得该合金具有十分优异的抗腐蚀性能，GH3625合金的名义化学成分见表1.1。在Inconel625合金的基础上，又相继开发了Inconel718、Inconel725、Inconel625plus等合金[8]。表1.1GH362合金的名义化学成分(质量百分数,wt%)NiCrMoNbFeCoBal.20.0-23.08.0-10.03.15-4.15≤5.0≤1.0MnSiAlTiCS≤0.50≤0.50≤0.40≤0.40≤0.10≤0.0151.2.2GH3625合金的组织结构由于GH3625合金的合金化程度较高，因此其组织中的析出相较为复杂，在不同温度下所析出的产物也不同。经过固溶处理后GH3625合金的微观组织为奥氏体基体、少量氮化物及碳化物[9]。在650-700℃时效后，合金中会析出γ″相；在800℃以上时效时，会析出δ相[10]。γ″相作为合金的主要强化相，具有体心四方点阵结构，以细小的圆盘状弥散分布在γ基体上；而δ相作为γ″相的同素异构体，具有正交点阵，是γ″相的稳定相[11]。由于γ基体和γ″相之间的点阵错配度较大，共格强化作用明显，使合金的强度显著提高，虽然合金的塑性有所降低，但仍保持在较高的水平；而γ基体和δ相之间基本不共格，导致δ相对合金只能起到弥散强化的作用，使合金的强度略有上升，但塑性大幅下降[12]。GH3625合金在900℃时效后，其组织为单一的奥氏体结构且只含有少量的析出相，时效后合金的力学性能接近于固溶态合金的力学性能[13]。另外，在GH3625合金铸锭的组织中还存在复杂多样的碳化物(MC、M6C、M7C3、M23C6等)和由于元素偏析而形成的低熔点Laves相。图1.3Inconel625合金的时间-温度-转变曲线(TTT曲线)[10]1.2.3GH3625合金的应用由于GH3625合金在650℃以下具有优异的抗疲劳性能、抗腐蚀性能、抗氧3
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种第二代镍基单晶高温合金1150℃原位拉伸断裂机制研究[J]. 马晋遥,王晋,赵云松,张剑,张跃飞,李吉学,张泽. 金属学报. 2019(08)
[2]高应变速率对690合金热变形及可挤性的影响[J]. 李郑周,佴启亮,王宝顺,苏诚,董建新. 稀有金属材料与工程. 2018(11)
[3]Microstructure-based hot extrusion process control principles for nickel-base superalloy pipes[J]. He Jiang,Linhan Li,Jianxin Dong,Xishan Xie. Progress in Natural Science:Materials International. 2018(03)
[4]GH3625合金无缝管材组织及性能调控研究[J]. 丁雨田,王兴茂,孟斌,高钰璧,马元俊. 稀有金属. 2019(03)
[5]U-5.7Nb合金动载下绝热剪切带的形成及其演化机制[J]. 郭亚昆,帅茂兵,邹东利,赵雅文,肖大武. 稀有金属材料与工程. 2018(05)
[6]固溶处理温度对GH3625合金热挤压管材微观组织和力学性能的影响[J]. 丁雨田,马元俊,豆正义,刘建军,高钰璧,孟斌. 材料导报. 2018(08)
[7]时效处理对GH3625合金管材组织及性能的影响[J]. 丁雨田,孟斌,高钰璧,马元俊,许佳玉,陈建军. 材料热处理学报. 2018(04)
[8]汽车主轴的断裂失效分析[J]. 刘晓光,徐浩,高鑫. 铸造技术. 2018(04)
[9]Inconel 718无缝钢管热挤压开裂原因分析和控制[J]. 高玉光,孙海刚,庞于思,邵海丽. 钢管. 2017(06)
[10]Inconel 740H合金原位高温拉伸微裂纹萌生扩展研究[J]. 王晋,张跃飞,马晋遥,李吉学,张泽. 金属学报. 2017(12)
博士论文
[1]GH690合金热变形行为及管材热挤压机理研究[D]. 彭海健.北京有色金属研究总院 2014
硕士论文
[1]GH3625合金管材冷变形行为研究[D]. 高钰璧.兰州理工大学 2017
[2]GH3625合金管材热挤压研究[D]. 豆正义.兰州理工大学 2017
[3]GH3625合金管材热挤压加工工艺的数值模拟研究[D]. 高鑫.兰州理工大学 2017
[4]铸态GH3625合金均匀化处理及热变形行为研究[D]. 李海峰.兰州理工大学 2016
本文编号：3104265
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍基高温合金中的重要组成元素[6]
GH3625合金热挤压成形过程爆裂行为研究图1.1镍基高温合金中的重要组成元素[6]素可以分为三类[6]：第一类是位于元素周期表Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ族的Co、Fe、Cr、Mo等元素，由于它们的原子半径与基体Ni的原子半径相差不大，所以会优先进入面心立方的奥氏体基体中，对合金起到固溶强化的作用；第二类是元素周期表Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ族的Al、Ti、Nb、Ta等元素，他们进入基体Ni并形成γ′沉淀相；第三类是元素周期表Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ族的Mg、C、Zr等元素，他们的原子半径与基体Ni的原子半径相差较大，不容易形成置换固溶体，所以会在晶界附近处偏聚，对合金起到晶界强化的作用。典型镍基高温合金的微观组织如图1.2所示，主要包括基体γ相(面心立方结构)、主要强化相γ′相(Ni3(Al,Ti))、γ+γ′共晶相和碳化物(MC、M6C、M23C6等)[7]。除此之外，还有强化相γ″相(Ni3Nb)及其同素异构体δ相。图1.2镍基高温合金的微观组织[7]1.2GH3625合金概述1.2.1GH3625合金简介GH3625合金是我国参照美国国际镍公司为蒸汽管道所设计的牌号为Inconel625的一种以Mo、Nb为主要强化元素的固溶强化型镍基变形高温合金，由于含2
工程硕士学位论文有较高含量的Cr元素(20-23wt%)，使得该合金具有十分优异的抗腐蚀性能，GH3625合金的名义化学成分见表1.1。在Inconel625合金的基础上，又相继开发了Inconel718、Inconel725、Inconel625plus等合金[8]。表1.1GH362合金的名义化学成分(质量百分数,wt%)NiCrMoNbFeCoBal.20.0-23.08.0-10.03.15-4.15≤5.0≤1.0MnSiAlTiCS≤0.50≤0.50≤0.40≤0.40≤0.10≤0.0151.2.2GH3625合金的组织结构由于GH3625合金的合金化程度较高，因此其组织中的析出相较为复杂，在不同温度下所析出的产物也不同。经过固溶处理后GH3625合金的微观组织为奥氏体基体、少量氮化物及碳化物[9]。在650-700℃时效后，合金中会析出γ″相；在800℃以上时效时，会析出δ相[10]。γ″相作为合金的主要强化相，具有体心四方点阵结构，以细小的圆盘状弥散分布在γ基体上；而δ相作为γ″相的同素异构体，具有正交点阵，是γ″相的稳定相[11]。由于γ基体和γ″相之间的点阵错配度较大，共格强化作用明显，使合金的强度显著提高，虽然合金的塑性有所降低，但仍保持在较高的水平；而γ基体和δ相之间基本不共格，导致δ相对合金只能起到弥散强化的作用，使合金的强度略有上升，但塑性大幅下降[12]。GH3625合金在900℃时效后，其组织为单一的奥氏体结构且只含有少量的析出相，时效后合金的力学性能接近于固溶态合金的力学性能[13]。另外，在GH3625合金铸锭的组织中还存在复杂多样的碳化物(MC、M6C、M7C3、M23C6等)和由于元素偏析而形成的低熔点Laves相。图1.3Inconel625合金的时间-温度-转变曲线(TTT曲线)[10]1.2.3GH3625合金的应用由于GH3625合金在650℃以下具有优异的抗疲劳性能、抗腐蚀性能、抗氧3
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种第二代镍基单晶高温合金1150℃原位拉伸断裂机制研究[J]. 马晋遥,王晋,赵云松,张剑,张跃飞,李吉学,张泽. 金属学报. 2019(08)
[2]高应变速率对690合金热变形及可挤性的影响[J]. 李郑周,佴启亮,王宝顺,苏诚,董建新. 稀有金属材料与工程. 2018(11)
[3]Microstructure-based hot extrusion process control principles for nickel-base superalloy pipes[J]. He Jiang,Linhan Li,Jianxin Dong,Xishan Xie. Progress in Natural Science:Materials International. 2018(03)
[4]GH3625合金无缝管材组织及性能调控研究[J]. 丁雨田,王兴茂,孟斌,高钰璧,马元俊. 稀有金属. 2019(03)
[5]U-5.7Nb合金动载下绝热剪切带的形成及其演化机制[J]. 郭亚昆,帅茂兵,邹东利,赵雅文,肖大武. 稀有金属材料与工程. 2018(05)
[6]固溶处理温度对GH3625合金热挤压管材微观组织和力学性能的影响[J]. 丁雨田,马元俊,豆正义,刘建军,高钰璧,孟斌. 材料导报. 2018(08)
[7]时效处理对GH3625合金管材组织及性能的影响[J]. 丁雨田,孟斌,高钰璧,马元俊,许佳玉,陈建军. 材料热处理学报. 2018(04)
[8]汽车主轴的断裂失效分析[J]. 刘晓光,徐浩,高鑫. 铸造技术. 2018(04)
[9]Inconel 718无缝钢管热挤压开裂原因分析和控制[J]. 高玉光,孙海刚,庞于思,邵海丽. 钢管. 2017(06)
[10]Inconel 740H合金原位高温拉伸微裂纹萌生扩展研究[J]. 王晋,张跃飞,马晋遥,李吉学,张泽. 金属学报. 2017(12)
博士论文
[1]GH690合金热变形行为及管材热挤压机理研究[D]. 彭海健.北京有色金属研究总院 2014
硕士论文
[1]GH3625合金管材冷变形行为研究[D]. 高钰璧.兰州理工大学 2017
[2]GH3625合金管材热挤压研究[D]. 豆正义.兰州理工大学 2017
[3]GH3625合金管材热挤压加工工艺的数值模拟研究[D]. 高鑫.兰州理工大学 2017
[4]铸态GH3625合金均匀化处理及热变形行为研究[D]. 李海峰.兰州理工大学 2016
本文编号：3104265
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