GH4738合金热变形行为及热处理工艺研究.pdfVIP

摘要

摘要

GH4738合金作为一种高性能的γ′相沉淀硬化变形高温合金，凭借其出色的室温

和高温机械性能、抗腐蚀及抗氧化性，在航空航天发动机和燃气轮机等领域有着广

泛的应用。但GH4738合金因合金化程度高，变形抗力大，可变形温度窄，热加工

过程中工艺参数控制不当极易出现粗晶或混晶现象，严重危害材料的机械性能。随

后的热处理对其微观组织及性能同样会产生重要影响。基于上述问题本文研究了

GH4738合金的热变形行为和微观组织演变规律以及固溶工艺对GH4738合金微观组

织及蠕变性能的影响。

GH4738合金的流变应力表现出随着变形温度的降低或应变速率的升高而逐渐

增加的趋势。流变应力变化的趋势，是由位错持续增加和堆积所导致的加工硬化与

动态回复（DRV）和动态再结晶（DRX）引起的动态软化之间的竞争所造成的。基

于Gleeble热压缩实验数据建立了GH4738合金的峰值应力本构模型。同时，根据建

GH47381000-1020/0.01~0.26s-1

立的热加工图得到了合金的最优加工范围为：℃、

-1-1

1020-1061℃/0.08~0.8s和1068-1080℃/0.09~0.69s。

基于考虑应变补偿修正后的Arrhenius方程，构建了GH4738合金在热压缩过程

中的动态再结晶临界应变模型，动态再结晶体积分数模型以及动态再结晶晶粒尺寸

模型，并将模型导入Deform-3D中，对GH4738合金热压缩变形过程和大尺寸棒材

成形进行模拟。模拟得到的等温压缩动态再结晶体积分数与实验的结果较吻合。随

着变形温度的增加或应变速率的减小，DRX体积分数变大。大尺寸棒材模拟结果表

明，坯料边缘的晶粒较细，二分之一处和心部的晶粒尺寸有所增加，模拟结果和试

验结果比较吻合。

研究了固溶温度和时间对GH4738合金微观组织及蠕变性能的影响，结果表明,

随着固溶温度的升高晶粒尺寸逐渐增大，初生γ′相体积分数减少，1040℃以后初生γ

相全部溶解；蠕变寿命先增加后降低，在1030℃时寿命最长；固溶温度在

1000-1030

℃℃范围内，蠕变断裂形式为穿晶和沿晶混合断裂，固溶温度在

1040℃-1080℃范围内，蠕变断裂形式为沿晶断裂。随着固溶时间的增加晶粒尺寸增

大，初生γ′相数量减少，二次γ′相含量增加，蠕变寿命逐渐增加，此时的蠕变断裂形

式为穿晶和沿晶混合断裂。在固溶处理温度小于1040℃时，GH4738合金的主要变

形机制是Orowan环、位错滑移和堆垛层错剪切γ，而在温度高于1040℃时，GH4738

合金主要变形机制是Orowan环和位错滑移。

关键词GH4738合金；热加工；微观组织；热处理；蠕变

I

河北科技大学硕士学位论文

II

Abstract

Abstract

Asahigh-performanceγ′-phaseprecipitationhardeningdeformationof

high-temperaturealloys,GH4738alloyhasawiderangeofapplicationsinthefieldof

aerospaceenginesandgasturbinesbyvirtueofitsexcellentroomtemperatureandhigh

temperaturemechanicalproperties,corrosionandoxidationresistance.However,dueto

thehighdegreeofalloying,lar