800H合金组织演变规律与热加工工艺研究

论文摘要

在诸多工业腐蚀环境中,镍基耐蚀合金不仅具有独特的抗腐蚀甚至抗高温腐蚀性能,而且强度高、塑韧性好,同时具有良好的可冶炼、铸造、加工成型和焊接等性能,被广泛应用于石化、能源、海洋、航空航天等领域。800H合金是最典型的一种镍基耐蚀合金,自从上世纪50年代问世以来,由于该合金在高温条件下具有高强度和抗腐蚀能力强的特点,被广泛地用于制造冶金工业加热炉元件、石油化工工业用管以及核反应堆热交换器等。然而该合金的热加工具有变形抗力大、变形温度高且可加工温度范围窄等难点,而且800H合金本身冶炼成本较高,因此,通过热模拟实验的方法来进行800H合金热加工工艺的研究具有重要的学术和工程意义。全文共分为七个章节,其主要工作和结论如下：（1）通过单道次压缩实验,研究了热加工工艺参数对800H合金变形抗力的影响。在热变形过程中,800H合金的变形抗力随应变速率的增加而增大,随变形温度的升高而降低,两者的变化会导致动态回复和再结晶等高温软化行为的发生。由此,使得变形程度对变形抗力的影响发生了复杂变化。在此分析的基础上,建立了800H合金变形抗力数学模型,且有较高的拟合精度。（2）对不同热加工工艺下单道次压缩后试样的金相组织进行了观察,利用EBSD分析手段研究了800H合金动态再结晶发生的规律：温度越高,应变速率越低,越有利于动态再结晶的发生。随温度变化碳化物等析出相溶解性也有所变化,这一变化对动态再结晶的影响不可忽略。利用TEM分析技术,分析了热加工过程中800H合金亚结构的变化,其主要结论如下：亚结构主要由高密度位错墙、形变带及亚晶组成。原始奥氏体晶界为动态再结晶形核的优先位置,晶粒内部位错组态变化所形成的亚晶提供了额外的形核位置。形核机制包括晶界弓出和亚晶长大两种机制。（3）建立了基于Zener-Hollomon方程的800H合金高温本构方程；通过三次多项式拟合研究了800H合金动态再结晶临界应力的预测方法；建立了基于JMA方程的动态再结晶动力学方程和体积分数方程,实现了动态再结晶体积分数的准确预报。通过0.2%补偿法计算了静态再结晶体积分数,分析了热加工工工工艺参数对静态再结晶速率的影响规律,而且在低温下由于应变诱导析出现象的发生,使再结晶曲线出现平台。建立了基于Avrami方程的静态再结晶动力学方程。（4）研究了基于DMM加工图的基本理论,根据单道次压缩的实验数据绘制了不同真应变下800H合金热加工图,结合微观组织的演变规律,根据热加工图中安全区和失稳区的分布进行了800H合金热加工工艺优化。真应变为0.6时,最佳热加工温度范围为990～1030℃,应变速率范围为0.01-0.05s-1。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 800系列合金概述
• 1.2 热加工变形抗力数学模型
• 1.3 动态再结晶动力学模型
• 1.3.1 基于位错理论的动态再结晶动力学模型
• 1.3.2 基于JMA方程的动态再结晶动力学模型
• 1.4 静态再结晶动力学模型
• 1.5 加工图理论的发展及其应用
• 1.6 本文的研究目的及研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 热模拟单道次压缩实验
• 2.3 热模拟双道次压缩实验
• 2.4 微观组织分析方法
• 2.4.1 光学显微镜及扫描电镜分析
• 2.4.2 电子背散射衍射分析
• 2.4.3 透射电镜分析
• 第3章 800H合金变形抗力数学模型
• 3.1 变形抗力及其模型研究的基本理论
• 3.1.1 金属变形抗力的影响因素
• 3.1.2 金属热变形真应力-真应变曲线的基本类型
• 3.2 热加工工艺参数对变形抗力的影响
• 3.2.1 真应力-真应变曲线
• 3.2.2 变形程度对变形抗力的影响
• 3.2.3 变形温度对变形抗力的影响
• 3.2.4 应变速率对变形抗力的影响
• 3.3 800H合金变形抗力数学模型的建立
• 3.3.1 数学模型建立的方法与原则
• 3.3.2 800H合金变形抗力数学模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 热加工工艺参数对微观组织的影响
• 4.1 变形不均匀性对微观组织的影响
• 4.2 变形程度对微观组织的影响
• 4.3 变形温度对微观组织的影响
• 4.4 应变速率对微观组织的影响
• 4.5 热变形组织的EBSD分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 800H合金热变形行为
• 5.1 800H合金的高温本构方程
• 5.1.1 Zener-Hollomon参数方程
• 5.1.2 基于Z参数高温本构方程和流变应力方程
• 5.2 动态再结晶临界应力的预测
• 5.3 动态再结晶模型的建立
• 5.3.1 加工硬化率-应变曲线
• 5.3.2 动态再结晶动力学方程
• 5.3.3 动态再结晶体积分数的预报
• 5.3.4 动态再结晶状态图的绘制
• 5.4 静态再结晶
• 5.4.1 双道次真应力-真应变曲线的分析
• 5.4.2 静态再结晶软化率及体积分数
• 5.4.3 工艺参数对静态再结晶的影响
• 5.4.4 静态再结晶动力学方程
• 5.4.5 静态再结晶激活能的计算
• 5.5 本章小结
• 第6章 800H合金热加工图
• 6.1 动态材料模型理论
• 6.2 基于DMM的流变失稳判据
• 6.3 热加工图的绘制
• 6.4 热加工图的分析
• 6.4.1 功率耗散图中的峰值区和谷值区
• 6.4.2 加工图中的失稳区
• 6.5 热加工工艺优化
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢