GH4145合金管材织构演化及影响机制

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高温合金精密管材是航空发动机管路系统的重要组成部分,是发动机的血管和气管。管材多为轧制成形,为了满足尺寸精度高和组织性能稳定的要求,需要在考虑常规变形的影响因素之外,进一步研究管材的织构演化行为。GH4145合金管材作为发动机套管圈的零件,使用条件恶劣,要求合金管材具有更高的尺寸精度和组织均匀性,以满足发动机长寿命的要求。因此本文从变形量,Q值(相对减壁量与相对减径量之比),轧制道次等几个方面,研究管材的织构演化及其对尺寸精度,粗糙度和组织性能的影响机制,为制备超高精密管材提供理论基础。主要研究结果如下:研究了变形量对GH4145合金管材织构、偏心度和力学性能的影响。采用一种全尺寸新方法观察了 0~72%变形量管材的组织,发现随着变形量增加,晶体取向从随机分布向<101>//径向(RD)、<111>//轴向(AD)和<101>+<111>//切向(TD)旋转;并形成Brass、Copper、S和{123}<111>织构,且强度不断增加;加工硬化程度不断增加,变形机制发生改变,0~28%变形量时,位错在三个方向交叉滑移,39%~50%变形量时,形成滑移带和位错胞,64%变形量时,形成少量变形孪晶,72%变形量时,位错在两个方向交叉滑移。沿AD和TD加载的室温拉伸试验证明了管材的屈服各向异性,当变形量为64%时,沿AD方向拉伸,大多数晶粒中的滑移系从{111}<110>转变为{110}<001>,这与72%变形量样品沿两向拉伸时一致。当管材冷轧时,靠近内壁和外壁的优先变形区的晶粒旋转到<101>//RD取向,继续冷轧,中心滞后变形区的晶粒逐渐开始旋转。采用滞后变形区的径向长度与壁厚之比来表征变形的不均匀程度。当变形量介于13%和50%之间时,壁厚偏心度和管材变形不均匀程度之间存在直接相关性;当变形量为64%时,管材径向的取向分层现象消失,变形均匀,偏心度降低。研究了不同Q值条件下薄壁和厚壁管材的织构演化规律。对于薄壁管材,塑性变形沿着RD均匀分布,不会产生取向分层现象,但是<101>//RD丝织构的含量会影响壁厚偏心度,当Q=0.77时,管材的尺寸精度较高。对于厚壁管材,Q值影响塑性变形的均匀性,当Q=0.76时,塑性变形沿着径向均匀分布,管材的偏心度和椭圆度均有所降低,尺寸精度较高;当Q=0.76或2.28时均可以获得内表面粗糙度较低的管材,前者是因为合适的Q值使管材塑性变形和材料流动均匀;后者因为内圆周向应变较小,且壁厚压下量足够。研究了不同轧制道次的管材,确定了 GH4145合金管材的最佳轧制工艺:通过3道次冷轧,使每道次的变形量约24%,然后在920℃下退火30 min,从而获得椭圆度最低的管材。所有冷轧管材中主要含有S、Copper、Brass和{123}<111>织构,仅在2道次管材中观察到Goss织构。再结晶织构的类型与冷轧织构相同,以取向形核机制为主,随着退火温度的升高,织构强度先降低后升高。冷轧过程中由于较高的形变储能导致残余应力较高,进而导致管材的椭圆度较高;热处理过程中残余应力的释放降低了椭圆度,而再结晶织构的增强导致椭圆度略有增加。
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