铸态Incoloy-800合金高温变形特性及失塑裂纹研究

摘要

在热加工过程中，由于铸态奥氏体合金的热塑性的降低而容易产生裂纹。研究表明，热加工过程中奥氏体合金的开裂与焊接工艺中的失塑裂纹有一定的相似性，有着相同的产生机制。本文以铸态Incoloy-800合金为研究对象，其中对部分试样进行均匀化处理。研究了该合金的高温变形特性；设计了用于评价失塑裂纹的变截面试样；评价了合金中失塑裂纹的产生情况；分析了合金中失塑裂纹的产生机制。
　　在热模拟试验机上对 Incoloy-800合金进行变形温度为950℃~1200℃，应变速率为0.1s-1~2.5s-1的高温压缩试验，获得了均匀化处理和未均匀化处理试样的应力-应变曲线。结果表明，均匀化处理降低了该合金的高温屈服应力，并且随着变形温度和应变速率的提高，屈服应力降低的幅度逐渐减小，均匀化处理对高温流变过程没有影响；高温压缩试样均未出现再结晶组织，变形过程中晶界碳化物的形态没有明显的变化，仍保持变形前的特征；均匀化处理改变了该合金晶界处碳化物的形貌，碳化物由致密层片变为不连续颗粒。与层片状碳化物相比较，颗粒状碳化物导致高温变形过程形成低密度的位错，降低了合金高温变形抗力，引起高温屈服应力的下降。
　　利用变截面试样，对 Incoloy-800合金进行950℃~1200℃范围内的高温拉伸试验，观察了均匀化和未经均匀化试样中失塑裂纹的产生情况。发现当试样经历一定的拉伸变形时，试样表面均会出现失塑裂纹；用产生裂纹所需的临界应变评价了该合金的失塑开裂倾向，得到其失塑温度区间为1000~1150℃；与未均匀化试样相比，均匀化处理后试样失塑开裂所需的临界应变量增大，即均匀化处理降低了Incoloy-800合金对失塑裂纹的敏感性。这是因为均匀化处理使晶界碳化物由层片状变为颗粒状，颗粒状碳化物没有明显的取向不利于裂纹的扩展。
　　Incoloy-800合金中失塑裂纹的产生与热变形过程中的流变应力密切相关。当流变应力超过产生裂纹所需的临界应力时，试样中就会出现失塑裂纹。均匀化处理降低了失塑开裂的临界应力，这是由于均匀化处理后，晶界碳化物的形貌发生改变，进而影响了材料的变形行为。均匀化处理并不改变材料的开裂方式，在同一变形温度下，均匀化和未均匀化试样的开裂方式相同，950℃和1200℃时，试样中既有穿晶裂纹又有沿晶裂纹；在1000℃~1150℃范围内，仅有沿晶裂纹。晶界裂纹与载荷之间有一定的关系，裂纹的增殖方向与拉伸载荷成45~90°角。

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第1章 绪 论

1. 1 研究背景

1. 2 奥氏体合金的热塑性

1. 3 高温失塑裂纹的研究现状

1. 4 主要研究内容

第2章 铸态Incoloy-800合金高温变形特性

2. 1 引言

2. 2试验材料及方法

2. 3高温流变曲线

2. 4 微观组织

2. 5 组织对力学性能影响的分析

2. 6 本章小结

第3章 高温失塑裂纹评价方法的研究

3. 1 引言

3. 2 变截面试样的设计

3. 3 试验方法

3. 4 模型验证

3. 5 本章小结

第4章 Incoloy-800合金的失塑裂纹

4. 1 引言

4.2 未均匀化处理Incoloy-800合金的失塑裂纹

4.3 均匀化处理Incoloy-800合金的失塑裂纹

4.4 均匀化处理对Incoloy-800合金失塑裂纹敏感性的影响

4. 5 本章小结

第5章 Incoloy-800合金中失塑裂纹的产生机制

5. 1 引言

5.2 铸态Incoloy-800合金失塑裂纹的力学解析

5.3 铸态Incoloy-800合金中失塑裂纹与组织之间的关系

5. 4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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