INCONEL718合金厚板熱加工過程中的組織演變與力學行為.pdf

1、作為鎳基高溫合金的代表,Inconel718合金由于具有優(yōu)異的綜合性能,廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)領域。該合金的厚板構件不僅具有高溫合金本身的優(yōu)點,還具有剛度高、耐磨損等優(yōu)點,得到了越來越多的應用。與薄板相比,金屬厚板成形難度大, Inconel718合金厚板構件的制造通常采用熱加工來完成。Inconel718合金在高溫條件下的組織演變復雜,變形時的應力應變狀態(tài)對顯微組織也有很大影響,組織控制難度大。此外,高溫成形的尺寸精度控制一直是關注的重點

2、。同時,對于金屬厚板構件的制造來說,高溫成形后的焊接環(huán)節(jié)必不可少。厚板的焊接接頭較薄板要復雜得多,由于對熱輸入比較敏感,該合金厚板焊接接頭的組織性能更加多變,而且 Inconel718合金的焊前組織對焊后接頭性能的影響也不可忽視。
　　本文研究了Inconel718合金熱加工過程中的組織演變和力學行為,利用有限元數值模擬與成形試驗結合的方法研究了該合金厚板高溫彎曲成形尺寸精度變化規(guī)律和微觀組織控制技術,同時研究了真空電子束焊接接頭

3、的性能與特點。
　　通過研究其高溫變形行為,建立了合金高溫拉伸和壓縮的應力應變關系,同時繪制了該合金應變量ε為0.4的高溫壓縮變形的熱加工圖。壓縮變形出現(xiàn)流變失穩(wěn)區(qū),位于高應變速率區(qū)。變形的能量耗散率較高,最高值出現(xiàn)在高溫低應變速率區(qū)附近。
　　通過對合金進行等溫加熱試驗,建立了Inconel718合金等溫加熱過程中的晶粒長大模型。當合金在1050℃以下加熱時,晶粒長大速度低于1050℃以上。通過對合金進行高溫變形試驗,得出

4、合金變形后的晶粒尺寸與該溫度下等溫加熱后的相近。應變速率過高(0.1s-1以上)時,合金的變形組織中不會出現(xiàn)明顯的晶粒細化現(xiàn)象。應變速率較低時(0.001s-1,0.01 s-1),變形組織出現(xiàn)再結晶。變形溫度過高(1100℃)或應變速率過低(0.001s-1)時再結晶晶粒明顯長大。
　　將合金高溫變形的應力應變關系應用于有限元數值模擬。模擬結果表明,彎曲件的尺寸偏差主要存在于彎曲段,隨凸凹模間隙的減小和摩擦系數的增加而降低,同時

5、隨著彎曲半徑的增大而增加。Inconel718合金厚板彎曲件應變集中在彎曲變形部分,平面部分變形量小。較大的應變速率出現(xiàn)在彎曲半徑較小即應變量較大的區(qū)域。選取加熱溫度1038℃,凸模壓下速度20mm/s為成形試驗的工藝參數。
　　對合金厚板真空電子束焊接接頭整體及分層的顯微組織及力學性能進行了研究。經標準熱處理后,δ相在焊接熔合區(qū)最多,γ”相的情況與之相反。接頭下層力學性能最好,上層最差。晶界處δ相析出數量多,晶內強化相γ’和γ”

6、的析出量少,使焊縫中心處顯微硬度低。焊前熱處理溫度決定了焊接接頭微觀組織和力學性能。母材及熱影響區(qū)的晶粒尺寸隨該溫度的升高而增大,熔合區(qū)組織與之無關;接頭強度隨該溫度升高而降低,延伸率升高。
　　高溫彎曲試驗表明,使用固定的凸凹模間隙和摩擦條件,成形后彎曲件外表面劃傷隨彎曲半徑的增大而減輕,尺寸偏差的變化趨勢與之相反。據此,提出漸變凸凹模間隙和摩擦系數的方法,采用此方法,使用1038℃的加熱溫度,20mm/s的凸模壓下速度進行高溫