【摘 要】
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EP741NP合金作为一种在无序面心立方基体中通过γ’（Ni3（Al,Ti））相产生沉淀强化的镍基高温合金,因其在高温下具有优异的抗氧化性能、疲劳性能、抗裂纹扩展性和耐腐蚀性在航空航天工业中发挥着重要作用,特别是用于航空发动机的高性能旋转部件的制备上。尽管EP741NP合金具备上述优点,但合金中存在大量的W、Mo、Cr、Co等固溶强化元素,增加了合金热加工难度,导致其在航空航天领域上的应用受到限制
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EP741NP合金作为一种在无序面心立方基体中通过γ’（Ni3（Al,Ti））相产生沉淀强化的镍基高温合金,因其在高温下具有优异的抗氧化性能、疲劳性能、抗裂纹扩展性和耐腐蚀性在航空航天工业中发挥着重要作用,特别是用于航空发动机的高性能旋转部件的制备上。尽管EP741NP合金具备上述优点,但合金中存在大量的W、Mo、Cr、Co等固溶强化元素,增加了合金热加工难度,导致其在航空航天领域上的应用受到限制。此外,粉末冶金EP741NP合金在满足了航空发动机所需材料性能要求的基础上,成功避免了采用传统冶金方法制备过程中产生的缩孔、缩松以及合金偏析等复杂问题,目前关于该合金的热压烧结工艺及致密机制、高温变形行为及动态软化机制、合理的热加工窗口的选取和热加工参数对合金微观组织的影响方面仍有待阐明和进一步深入研究,因此,本文针对上述这些问题,开展了相关研究工作。本文以EP741NP预合金粉末为原料,利用真空热压烧结工艺制备了组织致密均匀的EP741NP合金材料,探究了热压烧结过程中的致密机制,烧结温度对合金的致密度、微观组织演变以及力学性能的影响,并确定了最佳热压烧结工艺参数,开展了热压烧结EP741NP合金的高温变形行为,建立了包含动态再结晶临界发生模型和动力学模型的本构方程和热加工图,得到了最优的热加工窗口,揭示了热压烧结EP741NP合金的动态软化机制,以及热加工参数对合金显微组织、γ’相和动态软化机制的影响。对EP741NP预合金粉末在1030-1230oC温度区间内的热压烧结致密曲线和组织性能的分析结果表明,材料处于升温加压阶段的致密机制主要为塑性变形,晶界扩散为保温保压阶段的主导机制,热压烧结试样中存在明显的原始粉末颗粒边界（PPB）,且沿着PPB的沉淀物是不连续的,碳化物是粉末在热压烧结过程中形成的,且γ’相的晶格常数则随着温度的升高而逐渐下降。在1180oC/50MPa下保温保压1h后得到的热压烧结试样在室温和650oC下具有更高的综合力学性能。通过热模拟压缩试验分析了热压烧结EP741NP合金的高温变形行为,对热变形后的流动应力曲线进行摩擦和绝热升温修正,根据修正后的应力应变曲线,考虑温度补偿应变速率因子,并构建动态再结晶（DRX）模型,获得了合金的本构模型,且通过显微组织和统计学误差分析对模型进行评估,结果发现,合金的热变形激活能为Q=577.45k J·mol-1,相关系数R和平均绝对误差AARE的值分别为99%和8.73%表明所建立的本构模型可很好地表征合金在变形温度为1050-1200°C,应变速率为0.001-10s-1下的流动变形行为。基于动态材料模型和Prasad准则,构建了EP741NP合金的热加工图,研究表明,合金的最优加工窗口为区域D1(1160-1190°C/0.05-0.819s-1),区域D2(1130-1165°C/0.0025-0.05s-1)和区域D3(1055-1085°C/0.011-0.135s-1)。材料的DRX体积分数与变形温度呈正相关,而与应变速率呈负相关。γ’相体积分数随着应变速率的增大逐渐提高,且在低应变速率下的γ’相边界存在较多锯齿,但随着应变速率的升高,合金中γ’相的边缘逐渐光滑。通过对比应变速率为0.01s-1,变形温度为1080oC和1140oC不同应变下的显微组织后,发现动态再结晶体积分数随应变量的增加而增大,LAGBs在应变为0.5下含量最高,随应变增大,LAGBs含量下降,TBs含量增加,且变形温度升高导致晶粒内部的LAGBs降低。随着应变的增加,LAGBs逐渐转变为HAGBs,平均取向角的值增大。此外,不连续动态再结晶（DDRX）是应变速率0.01s-1,变形温度为1080oC和1140oC条件下的主导变形机制,且主要通过晶界弓弯成核,但连续动态再结晶（CDRX）在变形过程中也确实被激活,只是在高温下,DDRX始终主导着微观组织演变,相对削弱了CDRX的效果。
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