gh4169高溫合金慣性摩擦焊接頭動態(tài)再結(jié)晶過程

1、 航 空 材 料 學(xué) 報 J OURN ALO FAE R ON AUTI C AIMA' I 、 E R1 AL SVo 1 ． 2 2． No ． 2J u n e2 0 0 2GH4 1 6 9高 溫 合 金 慣 性 摩 擦 焊 接 頭 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 過 程 楊 軍 ，樓 松年 ，周 昀，嚴(yán) 雋 民，時渭 清 ( 1 ． 上海 交 通大 學(xué) 焊 接 工程 研究 所 ， 上 海 2 0 0 0 3 0； 2 ．西北

2、工 業(yè) 大學(xué) 摩 擦 焊研 究所 ，陜 西 西 安 7 1 0 0 7 2 )摘 要 ：當(dāng)溫 度 、 應(yīng)變 、 應(yīng) 變 速率 達(dá) 到一 定條 件 時 ， GH 4 1 6 9 鎳 基 高 溫 合 金 在慣 性 摩 擦 焊 接 過 程 中 易發(fā) 生 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 。本文研 究結(jié) 果 表 明 ，由于 GH4 1 6 9合金 慣性 摩擦 焊接 時 間很 短 ， 動 態(tài)再 結(jié) 晶進(jìn) 行得 相 當(dāng)充 分 ， 而 動態(tài) 回復(fù) 不 足 ， 在

3、動 態(tài)再結(jié) 晶的過 程 中還 可 以看 到有 些結(jié) 晶 過程還 處 于 形 核 階段 ， 這 是慣 性 摩 擦 焊 接頭 產(chǎn) 生 細(xì) 晶 乃至 超 細(xì) 晶 的 根 本 原 因 。關(guān) 鍵 詞 ：高 溫合 金 ；慣性 摩擦 焊 ；動 態(tài)再 結(jié) 晶 中 圖 分 類 號 ：T G1 4 6 ． 15 ； T G 4 4文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 ： A文 章 編 號 ：1 0 0 55 0 5 3 ( 2 0 0 2 ) 0 2 ． 0 0 0 8 ．

4、 0 4GH4 1 6 9合 金 是 高 推 重 比航 空 發(fā) 動 機(jī) 熱 端 部 件廣泛 采 用 的 高 強(qiáng) 度 高 溫 合 金 之 一 。研 究 表 明”。 ， GH 4 1 6 9合 金 的 顯 微 硬 度 、 組 織 和 性 能 對 熱 加 工 工 藝 很 敏感 ， 固溶 處 理 溫 度 、 終 鍛 溫 度 或 鍛 壓 變 形 量 控 制 不 當(dāng) 會 產(chǎn) 生 粗 晶 、 混 晶現(xiàn) 象 ， 影 響 持 久 缺 口敏 感 性 、 沖

5、 擊 韌 性 等 性 能 。 熱 加 工 工 藝 的 主要 目的和 任 務(wù) 之 一 是 獲 得 均 勻 的 細(xì) 晶組 織 ， 防 止粗 晶 、 混 晶 的 出 現(xiàn) 。 在 慣 性 摩 擦 焊 接 熱 機(jī) 械 作 用 條 件 下 ， 由于 熱 激 活及 晶 界 的遷 移 ， 原 子 的擴(kuò) 散 容 易 進(jìn) 行 ， 故 在 熱 變 形 過 程 中伴 隨 發(fā) 生 動 態(tài) 回 復(fù) 與 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 j 。 對 GH4 1 6 9合 金 來

6、說 ， 由 于 位 錯 不 易 束 集 和 產(chǎn) 生 交 滑 移 ， 故 動 態(tài) 回復(fù) 會 受 到 一 定 的 限 制 ， 不 起 主 導(dǎo) 作 用 ， 一 旦 變 形 條 件 ( T， e ，)具 備 ， 即發(fā) 生 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 。1試 驗 材 料 與 方 法 實(shí) 驗 所 用 材 料 是 上 鋼 五 廠 生 產(chǎn) 的 GH4 1 6 9合 金 ( 相 當(dāng) 于 I n c o n e l7 1 8 ) ， 供 貨 為 熱 鍛 磨 光 狀

7、 態(tài) ，GH4 1 6 9鍛 后 經(jīng) 直 接 時 效 處 理 ， 參 數(shù) 為 ： 7 2 0 ℃ ／ 8 h( 保 溫 ) ， 以 5 5 ℃ ／ h爐 冷 至 6 2 0 ℃ ／ 8 h( 保 溫 ) ， 空 冷 至 室 溫 。 實(shí) 驗 材 料 化 學(xué) 成 分 ( ％ ) 為 ： C0 ． 0 4 ， C r1 8， 9 3，Ni5 2，6 2，C o < 0． 0 6 0，M o2．9 7，A10 ， 4 8 5 ， Ti0

8、． 9 9 ， F e余 量 ， Nb+Ta5 ． 0 5 ， B0 ． 0 0 3 ，M n < 0． 1 0， S i0． 1 3 5， P0， 0 0 5， S < 0， 0 0 2， Cu< 0． 0 5 0， M g0， 0 0 1 6， S n < 0． 0 0 5， Ca < 0． 0 0 5， Ag< 0． 0 0 0 5， P b < 0． 0 0 0 5， Bi< 0．

9、 0 0 0 1 。慣 性 摩 擦 焊 試 件 為 機(jī) 械 加 工 成 直 徑 ~ 2 3 mm，收稿 日期 ： 2 0 0 1 ． 1 0 ． 2 3 ；修 訂 日期 ：2 0 0 2 — 0 1 - 2 8基金項 目 ：國防科 技 預(yù)研 項 目( 5 3 1 0 1 0 1 — 0 4 — 0 9 6 5 4 )作 者簡 介 ： 楊 軍 ( 1 9 6 5 一 ) ，男 ，博士 后 。．z Z 乙 zZ zZ z = 』t9

10、5 — — — — — — ．． ． — — ． — — — — — — — — —2實(shí)驗 結(jié) 果 為 了研 究 慣 性 摩 擦 焊 管 接 頭 在 焊 接 過 程 中 的 組 織 變 化 規(guī) 律 ， 特 地 在 焊 接 過 程 不 同 時 刻 中 斷 焊 接 ( 剎 車 、 卸 荷 ) 以 觀 察 焊 接 過 程 中 的 組 織 形 態(tài) 。表 1是 GH4 1 6 9管 子 } 2 3 r am x4 mm 不 同 焊 接 停 車

11、時 間 與實(shí) 驗 結(jié) 果 。 圖 2是 與 焊 接 過 程 不 同停 車 時 刻 對 應(yīng) 的焊 接 接 頭 的宏 觀形 貌 。 圖 3為 不 同 時 刻 接 頭 的 顯 微 組 織 照 片 。 圖 4為 不 同時 刻 接 頭 的 軸 向縮 短 量 ， 即頂 鍛 量 。在 摩 擦 初 始 階 段 ， 對 焊 合 區(qū) 金 屬 主 要 是 一 個 能 量 積 累 過 程 ， 溫度 升 高 ， 儲 存 能增 大 。 當(dāng) 能 量 積 累 到 一

12、定 程度 、 溫 度 超 過 再 結(jié) 晶溫 度 后 ， 變 形 金 屬 內(nèi)開 始 發(fā) 生 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 。焊 合 區(qū) 溫 度 最 高 、 塑 性 變 形 程 度 最 大 j ， 最 有 利 于 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 的產(chǎn) 生 ， 因 而 該 處 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 形 核 最 為 明顯 ， 熱 影 響 區(qū)最 寬 。維普資訊 http://www.cqvip.com 1 0航 空 材 料 學(xué) 報 第 2 2卷 65g43210圖 3

13、 不 同停車 時 刻 的 GH 4 1 6 9合金 焊合 區(qū)及熱 影 響區(qū) 的低倍 金 相組織 F i g ． 3Th emi c r o s t r u c t u r eo fGH 4 1 6 9j o i n t sa td i f f e r e n tb r a k e dwe l d i n gt i me( a )t ：0 ． 6 0 s ； ( b )t =1 ． 0 2 s ； ( c )t =1 。 2 0 S ；

14、( d )t = 1 ． 6 2 s ； ( e )t =2 ． 0 4 s ； ( f )t ：3 。 0 4 s， ／．／ ／ 7- 一 ，— ／00 ． 51 ． 01 ． 52 ． 02 ． 53 ． 0t| S圖 4 慣 性摩 擦焊 管接 頭 的頂 鍛量 Fi g ． 4Th ep r e s s i n gm e a s u r e me n to ft h ei n e r t i af r i c t i o n

15、we l d i n gj o i n t界 流 變 應(yīng) 力 r描 述 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 變 形 條 件 。變 形 溫 度 和 變 形 速 度 對 r有 很 大 的 影 響 。升高 變 形 溫 度 或 降 低 變 形 速 度 都 可 以 使 r降 低 。 r也 受 材 料 性 質(zhì) 的 影 響 ， 層 錯 能 高 的 金 屬 材 料 動 態(tài) 回復(fù) 過 程 較 強(qiáng) ， 有 利 于 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 的形 核 ，所 以其 臨 界 流 變

16、應(yīng) 力 較 低 。但 動 態(tài) 回復(fù) 過 程 不 能 太 強(qiáng) ， 否 則 由 于 驅(qū) 動 力 太 弱 ， 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 不 再 出 現(xiàn) 。溶 質(zhì) 原 子 和 第 二 相 析 出物 對 于 動 態(tài)再 結(jié) 晶也 有 明顯 的 影 響 ， 由于 溶 質(zhì) 原 子 和 第 二 相 析 出 物 的 存 在 會 使 動 態(tài) 再 結(jié) 晶 的 臨 界 流 變 應(yīng) 力 ， 即 臨 界 應(yīng) 變升高 ， 通常 會阻 礙 動態(tài)再 結(jié) 晶過程 的進(jìn)行 。流 變