難變形高溫合金GH4720Li的超塑性變形行為

  GH4720Li合金是在Udimet720合金(國(guó)內(nèi)牌號(hào)GH4720)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,其合金化程度非常高,主要強(qiáng)化相γ'相在服役狀態(tài)下高達(dá)40%~50%,居變形高溫合金之首,屬于典型的難變形高溫合金。因此,對(duì)GH4720Li合金熱變形行為的研究,一直是學(xué)術(shù)界和工程界研究的熱點(diǎn)。

  超塑性成形具有塑性高、變形抗力小、可一次精密成形、成形零件質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),已在多種高溫合金中得到應(yīng)用。借助超塑成形工藝實(shí)現(xiàn)難變形高溫合金的易成型能力,越來(lái)越受到重視。GH4720Li合金在初始晶粒組織均勻、晶粒度不粗于ASTM 10級(jí)時(shí),具備細(xì)晶超塑性條件。因此,研究人員利用等溫?zé)釅嚎s的實(shí)驗(yàn)手段研究初始均勻細(xì)晶組織超塑性變形行為,依據(jù)應(yīng)變速率敏感因子m值確定超塑性變形范圍,并分析等溫?zé)嶙冃芜^(guò)程中的組織演變規(guī)律,為改善GH4720Li難變形鎳基高溫合金的熱加工性和解決該合金組織控制關(guān)鍵技術(shù)等難題提供依據(jù)。

  實(shí)驗(yàn)用GH4720Li鎳基高溫合金采用真空感應(yīng)+真空自耗(VIM+VAR)雙聯(lián)工藝冶煉而成,其化學(xué)成分(質(zhì)量百分?jǐn)?shù),%):C0.018,Cr16.01,Co14.9,Ti5.15,Al2.64,B0.015,W1.28,Mo2.98,Zr0.025,Ni余量。該合金鑄錠首先經(jīng)均勻化擴(kuò)散退火,然后經(jīng)多火次鍛造開(kāi)坯制成棒材。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM),確定該棒材組織的初始晶粒度為ASTM 10級(jí)。然后,從該棒材上切取Φ8mm×12mm的熱模擬壓縮試樣。熱壓縮實(shí)驗(yàn)中為保證變形均勻,在試樣兩端加高溫玻璃潤(rùn)滑劑以減少摩擦對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響,同時(shí)在試樣表面焊上熱電偶以補(bǔ)償試樣表面溫度的變化,熱壓縮實(shí)驗(yàn)后立即水冷以保留變形組織。

  對(duì)GH4720Li合金樣品進(jìn)行不同變形溫度、應(yīng)變速率和變形量條件下的熱壓縮模擬實(shí)驗(yàn)。采用形變溫度為1040、1070、1100 和1130℃,應(yīng)變速率為10-4、5×10-4、10-3和5×10-3s-1及工程變形量50%的變形條件。GH4720Li合金試樣經(jīng)熱壓縮后,利用光學(xué)顯微鏡(OM)和FESEM 分別對(duì)晶粒和γ'相進(jìn)行組織研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:

  (1)均勻細(xì)晶GH4720Li合金在1040~1130℃、0.0001~0.005s-1變形區(qū)間內(nèi),應(yīng)變速率敏感因子m值隨變形溫度升高和變形量增加而降低;
  (2)1040~1100℃、10-4~5×10-3s-1條件下,該細(xì)晶合金具有超塑變形的能力,而1130℃時(shí),無(wú)論應(yīng)變速率如何,該合金已經(jīng)不具備超塑性變形的能力;
  (3)均勻細(xì)晶合金在較高變形溫度下最佳超塑性變形所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變速率較高,低溫變形時(shí)最佳超塑性變形發(fā)生需要更低的應(yīng)變速率。