GH3625合金冷拔變形對(duì)組織和性能的影響

GH3625合金是以C、Mo、Nb為主要強(qiáng)化元素的固溶強(qiáng)化型鎳基高溫合金,具有優(yōu)良的抗腐蝕性能和綜合力學(xué)性能1-3。通過冷加工硬化可以進(jìn)一步提高合金強(qiáng)度。本文對(duì)GH3625合金冷拔工藝進(jìn)行研究,分別揭示了不同減面率以及不同變形道次對(duì)合金組織和性能的影響。進(jìn)一步明確了影響該合金冷拔材組織和性能的因素。

采用GH3625合金作為研究對(duì)象，一方面是因?yàn)樵摵辖鹪谑突ゎI(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景;另一方面其作為固溶強(qiáng)化型高溫合金的典型代表，為更好的掌握其它多種高溫合金冷加工硬化后組織和性能變化規(guī)律提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)未來的生產(chǎn)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

試驗(yàn)采用的GH3625合金試驗(yàn)料采用真空感應(yīng)+電渣工藝生產(chǎn)成180mm電渣錠，經(jīng)過多次軋制開坯后在960℃條件下進(jìn)行40min的軟化退火，然后磨光成16.58mm冷拔坯料。

坯料經(jīng)過草化、上皂后在20噸雙鏈?zhǔn)嚼浒螜C(jī)上以10.32米每分鐘的速度按不同的減面率將各試驗(yàn)料拔制成材，本次試驗(yàn)共采用了7種不同的變形工藝，具體變形工藝和室溫性能檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。其中代號(hào)6和代號(hào)7經(jīng)過兩到三次連續(xù)冷拔，中間不經(jīng)過退火處理。

在拉伸性能檢瀏過程中為避免產(chǎn)生由于試樣體積不同而導(dǎo)致的性能差異，所有拉伸性能測(cè)試樣品統(tǒng)一采用工作部分直徑為5mm,標(biāo)距為25mm的規(guī)定比例試樣。室溫拉伸在 GwS-100型拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸試驗(yàn)速率設(shè)定:在彈性變形范圍內(nèi)為3mm/min，超過屈服點(diǎn)后,在塑性變形范圍內(nèi)拉伸速率調(diào)整10mm/min。硬度測(cè)試試樣經(jīng)過磨光后在TH300型洛氏硬度機(jī)上進(jìn)行橫向硬度檢驗(yàn),各試樣的工作部分均取在相當(dāng)于冷拔試驗(yàn)料的中心部位。每組測(cè)試包括三個(gè)試樣，所得數(shù)據(jù)為每組數(shù)據(jù)的平均值。

不同減面率對(duì)合金組織和硬度的影響

圖1所示為減面率為24.7%的試樣縱向顯微組織照片,從圖中可以看出試樣徑向晶粒尺寸存在明顯的梯度差異,從試樣中心到試樣邊緣，晶粒尺寸逐漸減小、細(xì)化,呈明顯破碎形貌，晶粒沿軸向拉長,說明冷拔加工過程是一個(gè)從外向內(nèi)逐漸滲透的過程。

隨后取試樣橫截面進(jìn)行了洛氏硬度檢測(cè),測(cè)試結(jié)果如表1所示，減面率在19%-32%之間變化時(shí),隨著減面率的增加，合金的硬度穩(wěn)定增長，但增加幅度不大。

不同減面率對(duì)合金拉伸性能的影響

合金在冷變形過程中晶粒被拉長,產(chǎn)生位錯(cuò)胞狀組織和形變孿晶等形變組織使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加,從而產(chǎn)生加工硬化。加工硬化是指由塑性變形引起的強(qiáng)度升高，塑性降低的現(xiàn)象。冷拔時(shí)金屬發(fā)生塑性變形，晶體內(nèi)部有多個(gè)滑移系啟動(dòng),位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)彼此攔截形成位錯(cuò)塞積團(tuán)，位錯(cuò)形成闋值升高,這一系列過程促使位錯(cuò)的可動(dòng)性降低,晶體中的位錯(cuò)密度顯著增加，因而導(dǎo)致了金屬材料硬度、強(qiáng)度值的提高圓。

為進(jìn)一步分析減面率與不同冷拔工藝對(duì)試樣組織與性能的影響,將表1中的試驗(yàn)樣品進(jìn)行分組,7組試樣的試驗(yàn)結(jié)果分成兩類進(jìn)行比教分析·w弟一類為代號(hào)4、代號(hào)6和代號(hào)7，分別經(jīng)過一次、兩次和三次冷拔，但具有相同的總減面率;第二類為代號(hào)1、代號(hào)2、代號(hào)3、代號(hào)4和代號(hào)5，都經(jīng)過一次冷拔，但減面率逐步增加。對(duì)于第一類試樣,其相應(yīng)的拉甲強(qiáng)度3.4服強(qiáng)度(ooz）和延伸率如圖2所示。結(jié)果衣明:3個(gè)代號(hào)試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度相差很小，基本保持在同一水平，但屈服比oo.zlo略有上升。同時(shí)還可以觀察到延伸率隨冷拔次數(shù)的增加而有嚴(yán)式高。這是因?yàn)樗苄宰冃问遣豢苫謴?fù)的，因此它與變形過程有關(guān)。在冷拔過程中，變形總是遵循最小阻力定律的原則，在總減面率相同的情況下，適當(dāng)增加變形次數(shù)，減小每次變形的減率:符候社版孝長晶粒向試樣軸向的扭曲恢復(fù)，增加試樣在拉伸過程中受正應(yīng)力的晶粒比例，從微觀上講可以促進(jìn)合金從外到內(nèi)不同部位的均勻變形,減小在拉伸試驗(yàn)過程中局部應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋的傾向，最終表現(xiàn)為宏觀的塑性改善。

圖3顯示的是第二類試樣強(qiáng)度和延伸率隨冷拔減面率的變化曲線。從圖中可以看出在隨著減面率增加合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度幾乎呈線性增長，且屈服比co2/o值逐漸增加。屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐步接近，延伸率則隨著減面率的增加而迅速降低。

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都近似符合表達(dá)式o=oo+100K*Ao—冷拔材抗拉強(qiáng)度或者屈服強(qiáng)度,MPa。—與合金冷拔坯料抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度相關(guān)的基值，對(duì)于本試驗(yàn)采用坯料，計(jì)算抗拉強(qiáng)度是時(shí)取784MPa，計(jì)算屈服強(qiáng)度時(shí)o取573MPa。