IN690合金热变形过程中组织演变的计算与试验研究

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IN690合金是一种镍基高温合金,因其碳含量低、氮含量高的特点而被认为是IN600合金的理想替代材料。IN690合金具有力学特性优异、成形性好、耐腐蚀开裂性能良好的特点,在核电站蒸汽发生器传热管中得到了广泛的应用。热挤压是IN690合金管材制造过程中的关键步骤,在加工过程中可能会因加工硬化(WH)现象而使管材产生裂纹。因此,热加工被广用作为优化高温合金组织和改善其力学性能的方法。热加工过程对温度、应变速率和真应变等工艺参数非常敏感。在热加工过程中存在一些复杂的冶金现象(包括:WH、动态回复(DRV)和动态再结晶(DRX)等)需要解决。因此,研究IN690合金的DRX行为具有重要意义。使用Gleeble-3500热力模拟试验机在不同变形条件(温度950-1100℃、应变速率0.01-1 s-1、最大真应变0.8)下进行了热压缩试验。分析了IN690合金的流动应力曲线并创建了IN690合金的高温本构模型和DRX动力学模型,揭示了流变应力曲线的变化规律。通过金相显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等表征手段,系统的研究了热变形参数对IN690合金组织演变的影响并发现了IN690合金的DRX机制。此外本文还利用有限元模拟(FEM)软件对微观组织演变过程进行了模拟。综上所述,得出的试验结论如下:IN690合金的流动应力随温度的升高和应变速率的减小而减小。IN690合金的流动应力曲线分为三个不同的阶段,即WH阶段、DRV阶段和DRX阶段。在IN690成核机制以非连续动态再结晶(DDRX)为主,辅之以连续动态再结晶(CDRX)。DDRX通常发生在变形晶界处,晶核生长在高能量区,IN690合金的DDRX机制主要特征为晶界弓出。CDRX通常发生在原始晶粒内部,IN690合金的CDRX机制主要特征为亚晶旋转伴随有低角度晶界(LAGBs)向高角度晶界(HAGBs)迁移。亚结构的演化过程如下:首先,高密度位错集中在原晶界附近,其次,高密度位错转变为亚晶粒,最终形成DRX晶粒。位错重排和湮没发生在DRX过程中并伴随着LAGBs向HAGBs迁移。通过使用FEM软件对IN690合金的DRX过程进行模拟。试验结果验证了计算模型的正确性,并对DRX过程进行了预测。结果表明,变形温度的上升、应变速率的下降,将提高IN690合金的动态再结晶体积分数(XDRX)。
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