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GH690合金拉伸變形行為的溫度敏感性

君略研究報告網  2013-06-07  瀏覽:2686


  長期以來,人們普遍認為孿生變形主要出現在缺乏足夠多獨立滑移系的金屬或合金中,對于常見的3種晶體結構而言,密排六方結構的鎂、鋅、鎘等常以孿生方式變形,體心立方結構的鋼鐵材料只有在沖擊載荷或低溫下才能觀察到形變孿晶,面心立方結構的金屬或合金一般不發生孿生。而近期的研究表明,某些低層錯能的面心立方結構合金如高錳鋼、不銹鋼、鈷基合金以及沉淀強化型鎳基或鐵基合金等在常溫或高溫變形時也能夠通過孿生協調變形。這就使人們必須重新認識低層錯能面心立方結構晶體的變形方式,對于這一問題的深入理解不僅完善了面心立方結構合金變形的理論基礎,而且對分析這些合金的力學性能包括強度、韌性和斷裂等具有重要意義。

 

  GH690合金是一種低層錯能的新型鎳基耐蝕合金,該合金作為新一代蒸汽發生器傳熱管用材,長期服役于核電站一回路高溫高壓環境中,是一回路壓力邊界的薄弱環節。前期研究表明,GH690合金的室溫變形可以通過孿生協調進行,使合金表現為較高的斷裂韌性。然而迄今為止,GH690合金在拉伸變形過程中形變孿晶對強度和延伸率的作用機理尚不清楚,而且GH690合金的變形機制對溫度的依賴關系還有待深入研究。這些問題的解決將直接關系到GH690合金的設計思路與核電站的安全運營。

 

  研究人員實驗研究了GH690合金在不同溫度拉伸變形時,拉伸性能隨形變溫度的變化規律。通過光學顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡觀察了變形組織,澄清了變形機制與形變溫度之間的對應關系。

 

  采用雙真空冶煉GH690合金,經鍛造、軋制成Φ200?的棒材,其化學成分(質量分數,%)為:0.018C,0.34Mn,8.19Fe,0.002S,0.005P,0.05Si,29.31Cr,0.23Al,0.20Ti,0.02Cu,0.06Nb,余量Ni。合金經1343K固溶處理5min后空冷,然后經993K特殊熱處理10h后空冷。參照ASTME08-2004標準,室溫拉伸試樣的標距尺寸為Φ5mm×25mm,其它溫度拉伸試樣的標距尺寸為Φ10mm×50mm。拉伸試樣的軸向平行于棒材的軋制方向。在SANS-CMT5105電子萬能試驗機上進行拉伸試驗,拉伸速率為0.2mm/min。試驗溫度分別為298(室溫)、453、523及623K,試

 

  樣被加熱到預定溫度保溫30min后開始試驗,溫度控制精度為±1K。

 

  拉伸變形后的樣品沿拉伸方向取金相試樣。使用的金相腐蝕液是HCl(10ml)+C2H5OH(20ml)+CuSO4(2.5g)。通過OLYMPUSGX71金相顯微鏡(OM)觀察合金的金相組織。利用SHIMADZUSSX505掃描電子顯微鏡(SEM)觀察樣品斷口形貌。不同溫度拉伸變形后的試樣沿拉伸方向取透射樣品,經機械減薄及雙噴電解減薄后在TECNAIG2透射電子顯微鏡(TEM)上觀察微觀結構。試驗結果如下:

 

  (1)GH690合金在298~623K之間拉伸時,屈服強度變化不明顯,但抗拉強度和延伸率均隨形變溫度的升高而降低。

 

  (2)GH690合金在298K拉伸時,生成的形變孿晶促使裂紋擴展轉向,提高了裂紋擴展抗力,形成了顯著起伏的斷口形貌。隨著形變溫度的升高,形變孿晶的數量逐漸減少直至消失,裂紋擴展轉向的幾率降低,裂紋擴展抗力減小,斷口起伏漸緩。

 

  (3)GH690合金在298K拉伸時,通過孿生協調變形獲得了較高的加工硬化速率,導致合金的強度和塑性較高。隨著形變溫度的升高,合金的變形機制由孿生轉變為滑移,滑移產生的加工硬化效應小于孿生,因此合金的強度和塑性隨之降低。

 

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