GH3625合金冷拔變形對組織和性能的影響

更新時間：2022-08-24

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GH3625合金是以C、Mo、Nb為主要強化元素的固溶強化型鎳基高溫合金,具有優良的抗腐蝕性能和綜合力學性能1-3。通過冷加工硬化可以進一步提高合金強度。本文對GH3625合金冷拔工藝進行研究,分別揭示了不同減面率以及不同變形道次對合金組織和性能的影響。進一步明確了影響該合金冷拔材組織和性能的因素。

采用GH3625合金作為研究對象，一方面是因為該合金在石油化工領域有廣闊的應用前景;另一方面其作為固溶強化型高溫合金的典型代表，為更好的掌握其它多種高溫合金冷加工硬化后組織和性能變化規律提供了試驗數據，對未來的生產具有較強的指導意義。

試驗采用的GH3625合金試驗料采用真空感應+電渣工藝生產成180mm電渣錠，經過多次軋制開坯后在960℃條件下進行40min的軟化退火，然后磨光成16.58mm冷拔坯料。

坯料經過草化、上皂后在20噸雙鏈式冷拔機上以10.32米每分鐘的速度按不同的減面率將各試驗料拔制成材，本次試驗共采用了7種不同的變形工藝，具體變形工藝和室溫性能檢驗結果如表1所示。其中代號6和代號7經過兩到三次連續冷拔，中間不經過退火處理。

在拉伸性能檢瀏過程中為避免產生由于試樣體積不同而導致的性能差異，所有拉伸性能測試樣品統一采用工作部分直徑為5mm,標距為25mm的規定比例試樣。室溫拉伸在 GwS-100型拉伸試驗機上進行，拉伸試驗速率設定:在彈性變形范圍內為3mm/min，超過屈服點后,在塑性變形范圍內拉伸速率調整10mm/min。硬度測試試樣經過磨光后在TH300型洛氏硬度機上進行橫向硬度檢驗,各試樣的工作部分均取在相當于冷拔試驗料的中心部位。每組測試包括三個試樣，所得數據為每組數據的平均值。

不同減面率對合金組織和硬度的影響

圖1所示為減面率為24.7%的試樣縱向顯微組織照片,從圖中可以看出試樣徑向晶粒尺寸存在明顯的梯度差異,從試樣中心到試樣邊緣，晶粒尺寸逐漸減小、細化,呈明顯破碎形貌，晶粒沿軸向拉長,說明冷拔加工過程是一個從外向內逐漸滲透的過程。

隨后取試樣橫截面進行了洛氏硬度檢測,測試結果如表1所示，減面率在19%-32%之間變化時,隨著減面率的增加，合金的硬度穩定增長，但增加幅度不大。

不同減面率對合金拉伸性能的影響

合金在冷變形過程中晶粒被拉長,產生位錯胞狀組織和形變孿晶等形變組織使位錯運動阻力增加,從而產生加工硬化。加工硬化是指由塑性變形引起的強度升高，塑性降低的現象。冷拔時金屬發生塑性變形，晶體內部有多個滑移系啟動,位錯運動彼此攔截形成位錯塞積團，位錯形成闋值升高,這一系列過程促使位錯的可動性降低,晶體中的位錯密度顯著增加，因而導致了金屬材料硬度、強度值的提高圓。

為進一步分析減面率與不同冷拔工藝對試樣組織與性能的影響,將表1中的試驗樣品進行分組,7組試樣的試驗結果分成兩類進行比教分析·w弟一類為代號4、代號6和代號7，分別經過一次、兩次和三次冷拔，但具有相同的總減面率;第二類為代號1、代號2、代號3、代號4和代號5，都經過一次冷拔，但減面率逐步增加。對于第一類試樣,其相應的拉甲強度3.4服強度(ooz）和延伸率如圖2所示。結果衣明:3個代號試樣的抗拉強度和屈服強度相差很小，基本保持在同一水平，但屈服比oo.zlo略有上升。同時還可以觀察到延伸率隨冷拔次數的增加而有嚴式高。這是因為塑性變形是不可恢復的，因此它與變形過程有關。在冷拔過程中，變形總是遵循最小阻力定律的原則，在總減面率相同的情況下，適當增加變形次數，減小每次變形的減率:符候社版孝長晶粒向試樣軸向的扭曲恢復，增加試樣在拉伸過程中受正應力的晶粒比例，從微觀上講可以促進合金從外到內不同部位的均勻變形,減小在拉伸試驗過程中局部應力集中產生裂紋的傾向，最終表現為宏觀的塑性改善。

圖3顯示的是第二類試樣強度和延伸率隨冷拔減面率的變化曲線。從圖中可以看出在隨著減面率增加合金抗拉強度和屈服強度幾乎呈線性增長，且屈服比co2/o值逐漸增加。屈服強度和抗拉強度逐步接近，延伸率則隨著減面率的增加而迅速降低。

在試驗范圍內，合金的抗拉強度和屈服強度都近似符合表達式o=oo+100K*Ao—冷拔材抗拉強度或者屈服強度,MPa。—與合金冷拔坯料抗拉強度和屈服強度相關的基值，對于本試驗采用坯料，計算抗拉強度是時取784MPa，計算屈服強度時o取573MPa。

K—常數;計算抗拉強度時K取23，計算屈服強度時K取29,這實際就是如圖3所示的擬合曲線的斜率

A--對應的冷拔減面率。

這個表達式和可以反映金屬加工硬化實質的

Baily-Hlirsch關系式有了很好的對應關系;這★天示式是: v-t。+0.5aGbp(式中G為切變彈性模量，

MPa; b為位錯強度，A: to為無加工硬化時的流變應力，MPa; p為平均位錯密度;a為常數，a約為0.5)。在冷拔減面率較小時，GH3625合金的冷加工強化主要依靠晶粒拉長、晶粒滑移產生位錯纏結使金屬內部產生殘余應力來實現，所以合金的強度應該與合金內部位錯密度和位錯強度有正比例關系。

再者，與代號О試樣（即冷拔坯料）的測試結果相比，第二類冷拔試樣的拉伸強度和屈服強度都有了明顯提高,經過冷拔加工后的GH3625合金比冷拔前抗拉強度起高了30-63%，屈服強度提高了130-200%，而延伸率呈現明顯下降趨勢。

l) GH3625合金經過冷拔加工后抗拉強度可提高30-63%，屈服強度可提高130-200%，而延伸率呈現出明顯下降趨勢。

2) GH3625合金拔材中晶粒尺寸出現明顯梯度變化,從試樣中心到試樣邊緣,晶粒尺寸逐漸細化,晶粒破碎且被明顯軸向拉長。

3)當冷拔減面率在19%到32%之間時,隨著減面率的增加，合金的硬度穩定增加。

4)當冷拔減面率在19%到32%之間時，隨著減面率的增大，屈服比 oo.2lo,逐步增大，延伸率急劇下降，合金的抗拉強度和屈服強度呈近似直線增長，都各自符合表達式o-oo+10OK*A

5)總減面率相同的情況下,拔制兩次成型或者三次成型與一次成型相比，合金的抗拉強度和屈服強度變化不大，但是屈服比值略有提高，塑性稍微有所改善。

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