GH706合金热变形特性及加热过程中的晶粒长大毕业设计论文.docx

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1、 本科毕业设计论文 题 目 GH706合金热变形特性及加热过程中的晶粒长大专业名称 材料成型及控制工程 学生姓名 指导教师 毕业时间 摘要 GH706合金是一种沉淀强化的Ni-Fe-Cr基合金。它具有合理的化学配比、冶金缺陷少、成分偏析低、加工性能优异、成本低廉等特点，因而用它能够生产出大尺寸的高温合金产品以满足重工业的需要。另外，该合金在700具有较高的强度，而且在较宽的温度及介质范围内具有良好的抗氧化、耐腐蚀的能力，因此具有很大的技术和经济意义1。本文采用Gleeble-3500进行等温恒应变速率压缩实验，以研究GH706合金在990-1100温度范围内和应变速率在0.01-1s-1范围内

2、的热变形特性，并系统研究了热力参数（等效应变、应变速率和温度）对GH706合金流动应力-应变关系的影响，建立GH706合金棒材的本构关系。对经过热模拟压缩试验及空烧试验后的试样进行预磨，粗磨，细磨，抛光，腐蚀后，进行金相分析，观察温度及应变速率对GH706合金棒材的微观组织的影响规律。通过等温恒应变速率压缩实验及空烧实验，本论文得出如下结论：1、随着温度的增加，流动应力-应变曲线下移，即流动应力逐渐降低。在温度一定时，随着应变速率增大，流动应力-应变曲线上移，流动应力显著增加，表现出强烈的应变速率敏感性。2、利用流动应力-应变曲线建立GH706合金热模拟压缩变形时的本构关系为：。通过验证，所得

3、到的本构关系可以用来描述GH706合金的应力应变关系。 3、在等温恒应变速率压缩实验过程中，随着温度的升高，试样的晶粒尺寸增大，随变形速率增大，晶粒尺寸减小。在空烧实验中，随着温度的升高，试样的晶粒尺寸增大，试样晶粒长大现象更明显。关键词：GH706合金，本构关系，微观组织ABSTRACT GH706 alloy is a precipitation strengthening Ni-Fe-Cr based alloy. It has a reasonable stoichiometry, metallurgy fewer defects, segregation, low processin

4、g performance and low cost characteristics, and thus it can produce large-size high-temperature alloy products to meet the needs of heavy industry. In addition, the alloy at 700 has a high strength and a wide range of temperature and medium has good oxidation resistance, corrosion, so it has great t

5、echnical and economic significance 1.In this paper, Gleeble-3500 isothermal constant strain rate compression experiments to study GH706 alloy in the temperature range of 990-1100 and strain rate of 0.01-1s-1 within the thermal deformation characteristics, and systematic study of the thermodynamic pa

6、rameters (such as effects change, strain rate and temperature) on the GH706 alloy flow stress - strain relations, establish GH706 alloy bars constitutive. After compression tests on thermal simulation and air burning test specimen after pre-grinding, rough grinding, fine grinding, polishing, etching

7、 after metallographic analysis, observation of temperature and strain rate on GH706 alloy rod microstructure were investigated . Through constant strain rate isothermal compression experiments can draw the following conclusions:1、 As the temperature increases, the flow stress - strain curve down, th

8、at the flow stress decreases.When the temperature is constant, as the strain rate increases, the flow stress - strain curves upward, the flow stress increased significantly, showing a strong strain rate sensitivity.2、The use of flow stress - strain curve established GH706 alloy thermal simulation co

9、mpression deformation constitutive relation is:. Validated, the resulting constitutive relation can be expressed GH706 alloy stress-strain relationship.3、Isothermal compression constant strain rate during the experiment, as the temperature rises, the grain size of the sample increases with the defor

10、mation rate increases, the grain size decreases. In the air burning experiment, as the temperature increases, the grain size increases the sample, the sample of grain growth phenomenon is more obvious.KEY WORDS：GH706 alloy, constitutive, microstructureIV 目录摘要IABSTRACTIII目录V第1章 绪 论11.1 高温合金的发展11.1.1

11、高温合金的特性11.1.2 高温合金的分类11.1.3 高温合金中的合金元素31.2 GH706合金简介31.2.1 GH706合金的合金元素41.2.2 GH706合金的相组成51.2.3 GH706合金的基本性能61.2.4 GH706的锻造81.2.5 GH706合金的热处理91.3 研究背景及意义91.4 国内外研究现状91.5 研究方案介绍111.5.1 主要研究内容111.5.2 基本研究方案12第2章 本构关系的相关理论132.1 引言132.2 Mises屈服准则132.3 材料的本构关系142.3.1 弹性应力应变关系142.3.1 塑性应力应变关系152.3.2 增量理论1

12、62.3.3 全量理论182.3.4 金属粘塑性本构关系192.4 热模拟技术202.4 本章主要内容21第3章 GH706合金的本构关系233.1 引言233.2 等温恒应变速率压缩试验233.3 热力参数对流动应力的影响253.3.1 温度对流动应力的影响263.3.2 应变速率对流动应力的影响263.4 GH706合金本构关系的建立273.5 GH706棒材镦粗过程模拟313.6 本章主要内容34第四章 GH706合金棒材的金相显微分析354.1 引言354.2 实验材料及实验方案354.2 温度对GH706合金微观组织的影响364.3 应变速率对GH706合金的微观组织的影响394.4

13、 空烧实验404.5 本章主要内容43第五章 总结45参考文献47致谢49毕业设计小结51VI第1章 绪 论1.1 高温合金的发展 随着航空、火箭、地面燃气轮机的发展，涡轮进口温度不断提高，要求提供适合新型发动机的燃烧室、涡轮导向叶片和工作叶片、涡轮与压气机盘等零件用的高温合金。从40年代初期用于Whittle发动机的Nimonie75合金出现以来，高温合金以每年提高10的速度得到迅速发展。早前，世界高温合金牌号有百种以上，变形合金占70%左右。英国、美国、苏联、中国均已自成高温合金系列2。在现代航空发动机中，高温合金主要用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘3,4。高温合金还用于

14、机匣、环、加力燃烧室和尾喷口等部件。在先进航空发动机中，高温合金的用量占到材料总量的40%-60%。从某种意义上说，没有高温合金就没有先进的航空工业5。此外，高温合金也用于航天火箭发动机高温部件以及舰用燃气轮机、化工和能源等部门。其优良的综合性能是高温合金的研制和生产被认为是一个国家金属材料发展水平的重要标志之一6。1.1.1 高温合金的特性高温合金因其合金化程度高，美、英等国家称之为超合金(Superalloy)，它以铁、镍、钴的单一的奥氏体为基体，能在600-1100的高温氧化和燃烧腐蚀条件下承受复杂应力，并长期可靠工作7。高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能及疲劳性能、断

15、裂韧性、塑性等，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性8。1.1.2 高温合金的分类 高温合金牌号众多，其分类方法不同9-11。主要分类方法有：1、 按合金基体元素分类 按合金基体元素不同，高温合金可以分为：铁基、镍基、钴基高温合金。铁基高温合金在600-850温度范围内使用，以铁基奥氏体为主，含镍量达25%-50%，铬含量在12%以上。因组织稳定性的限制，其Al+Ti+Nb的总量在7%以下，或强化相的总量在20%以下。镍基高温合金以镍为基，一般含10%-20%的铬和5%-20%的钴，形成了镍铬奥氏体。镍基高温合金是应用最广泛的高温合金，比铁基高温合金的工作温度高，组织稳定，有害相少，抗

16、氧化抗腐蚀能力强。它能溶解较多的合金元素并保持较好的组织稳定性。钴基高温合金以高合金化的钴基奥氏体为基体。与其他高温合金不同，钴基高温合金不是通过与基体牢固结合的有序沉淀相来强化，而是由已经被固溶强化的奥氏体基体和少量的碳化物达到强化效果。2、 按合金成形方式分类按合金成形方式，高温合金可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金。变形高温合金通过真空熔炼等工艺浇注成钢锭，然后通过锻造、轧制、挤压、拉拔等热、冷加工工序制成饼坯、棒、板、管等型材或各种零件，加工工艺复杂，生产周期长。铸造高温合金是将母合金真空重熔直接浇注成零件的一类高温合金。此类合金可在高温及氧化、腐蚀环境中长期稳定工作，因没

17、有后续的变形加工，合金设计可集中考虑优化使用性能。粉末高温合金是将高合金化的难变形高温合金，通过气体雾化等方法制成高温合金粉末，然后用热等静压（HIP）或热挤压将粉末制成棒材，最后制成零件。采用粉末冶金工艺生产的高温合金无偏析、晶粒细小、组织均匀，热加工性能良好，材料的屈服强度和疲劳性能大大提高，材料的利用率也大幅提高。3、 按合金强化类型分类高温合金锻件的热处理通常为零件的最终热处理，其主要热处理方式为固溶和时效。高温合金可分为固溶强化高温合金和沉淀强化高温合金。固溶强化高温合金通过固溶处理，是相和碳化物重新溶解于基体，提高了合金的塑性，也可消除锻造过程中的加工硬化，使奥氏体成分更加均匀，并

18、获得适当的晶粒度。沉淀强化高温合金一般采用固溶时效处理。固溶处理获得的均匀固溶体通过时效，沉淀强化相或均匀弥撒析出，相碳化物聚集长大，并逐渐颗粒化，阻碍位错运动。4、 按合金的使用特性分类按使用特性，高温合金可分为抗热腐蚀高温合金、低膨胀高温合金和高屈服强度高温合金。1.1.3 高温合金中的合金元素高温合金除过三大基体元素铁、镍和钴以外，其较高的合金化程度体现在基体可以溶解多达十余种合金元素。主要合金元素有：（1） 铬 几乎所有的高温合金中都含有金属元素铬。在相强化的镍基和铁基高温合金中，大部分Cr溶解于固溶体，约10%进入相，还有少量形成碳化物。Cr在基体中产生晶格畸变，是弹性应力场强化，固

19、溶体强度得到提高。同时Cr能降低固溶体堆垛层错能，提高其高温持久强度。Cr还能与C形成一系列具有沉淀强化作用的碳化物M3C2和M23C6。Cr在基体中还有一种十分重要的作用是形成Cr2O3型氧化膜，是高温合金具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能。 （2）钨在镍基高温合金中，W溶解于基体和相中的量各占一半。W的原子半径比钴和铁的原子半径大10%-13%，在基体中产生明显的晶格膨胀，形成较大的长程应力场，阻止位错运动，明显提高合金的屈服强度。W能明显降低基体层错能，可以有效改善高温合金的蠕变性能。随着W含量的增加，W原子将进入相，并影响其他合金元素在基体与相之间的分配，可以改变和相晶格常数和错配度。W还可

20、促进M6C和相的生成，影响合金的力学性能。（3） 钼钼也是高温合金中使用最广泛的合金元素之一。Mo原子大多溶解于基体，在相中约占25%。钼的加入可形成大量细小弥散的M6C碳化物，直径在150nm左右，起强化作用。钼业进入相，改变基体与的晶格错配度。钼还可以细化奥氏体晶粒，当钼含量在6%-7%时，晶粒度为4-5级，当钼含量在8%-9%时，晶粒度为7-8级。（4） 铌铌原子半径比W和Mo更大，因而Nb原子造成的晶格畸变比W和Mo明显，固溶强化作用更大。但对相强化的复杂铁基和镍基高温合金而言，Nb主要是相强化元素。Nb还可降低固溶体的平均晶粒尺寸，也是碳化物的形成元素，还参与硼化物的形成。过量的Nb

21、将导致Laves相析出，对合金性能产生不良影响。1.2 GH706合金简介GH706合金是一种沉淀强化的Ni-Fe-Cr基合金。它具有合理的化学配比、冶金缺陷少、成分偏析低、加工性能优异、成本低廉等特点，因而用它能够生产出大尺寸的高温合金产品以满足重工业的需要1。另外，该合金在700具有较高的强度，而且在较宽的温度及介质范围内具有良好的抗氧化、耐腐蚀的能力12，因此具有很大的技术和经济意义。1.2.1 GH706合金的合金元素GH706合金是为了满足高温下工作的大断面零件的需要，在IN718合金（国内牌号为GH4169）的基础上，通过回归分析估算了合金元素与抗拉强度的关系，用相分计算法计算了电

22、子空位数，确定相的稳定性，经反复试验而发展起来的。因此改善了钢锭的点偏倾向和横向性能，并提高了工艺性能13。自70年代该合金创立以来，其成分变化很小，表1-1给出了该合金的标准成分范围。GH706合金之所以受到人们的青睐，就是因为它具有良好的冶金性能和加工性能，而这又直接与成分密不可分。与IN718合金相比，其Nb、Ni含量有所降低。Mo元素被取消，同时增加了Ti的含量等，所有这些成分的改变都直接影响该合金的冶金、加工及力学性能等。为此需要对合金成分进行研究1。表1-1GH706 合金的化学成分(wt%）1NiCrTiAlMnCCuSiPSBFe39.00-44.0014.50-17.501.

23、5-2.00-0.400.350.060.300.350.0200.0150.006余量Nb、Ti元素：它们是合金中主要的强化相形成元素，对合金的性能起着关键性的作用。试验表明，必须恰当地控制(Ti+Nb)含量及Ti / Nb的比值。当(Ti +Nb)总量由3.99wt% 增至4.77wt%时，合金硬度和强度增大，持久寿命及断裂韧性也增加，但(Ti+Nb)总量超过4.81wt%时，室温塑性降低，持久断裂韧性也降低，这是因为Ti/Nb比值小，它影响析出物的形状、大小及分布，从而影响性能。为此，(Ti+Nb)总量应控制在4.7%左右，并且Ti/Nb比值为0.68左右，这样可获得较好的综合性能。之所

24、以要降低IN706合金中的Nb含量, 是因为它是强烈的点偏形成元素，这是基于点偏是由富N b、Mo的laves相造成的。Al元素：它是Ni3 (Al、T i、N b)相(也称为相)的主要形成元素之一。在IN706合金中，A l含量比IN718减少了0.2 %左右，其目的是提高机械加工性能和焊接性能。Al含量的降低导致不同热处理时，相的组织结构发生变化。如在Al含量低于0.2 %情况下，当合金处于轻微时效状态时，结构为体心四方，通常用表示。它对位错的阻碍作用比面心立方的相强些，而且沉淀时临界质点尺寸小，所以室温强度高。而随合金中A l含量增加，面心立方的结构就成为析出相的主要结构，在这种情况下，

25、的点阵常数、堆垛密排结构发生改变的同时，析出质点的临界尺寸增大，这降低了对位错运动的阻碍作用，使强度下降。试验证明，A l含量在0.2 0.4 %范围内，对IN706合金是合适的。Si元素：它直接影响着laves相，标准中给出的Si含量为0.35 w t% 以下，但在这个范围的上限会有laves相形成，这时往往在晶界形成网状的laves相，并导致夏比冲击韧性大大降低。为此应控制Si含量在0.1 %以下，这会有效地阻止laves相的形成。C元素: C元素的含量影响着材料的韧性和加工性能。试验发现，当C含量从0. 03%降至0.01 wt%时，夏比冲击韧性值会增大。降低C含量也会因减少碳化物的形成

26、而改善加工性能。O、N元素：它们直接影响着合金中白点的形成，因为白点是Nb、Ti 的贫化区，而这些区域总是富集了大量的O、N元素。试验证明，降低O、N含量会降低白点的形成，从而使低周疲劳性能提高。另外，降低O、N含量也会限制氧化物和氮化物杂质团的形成。为了降低这些影响，其含量应低于50wt ppm1。1.2.2 GH706合金的相组成与IN718合金相似，GH706合金也是通过具有A3B型结构共格弥散出的和强化奥氏体基体。相：它是一种L2型的有序面心立方结构相(a=3.57)。其基本成分为Ni3 (Ti，Nb) ，是IN706合金最主要的时效强化相，析出温度范围为540870，其中在760析出

27、速度最快。它一般以颗粒状形式存在于基体中。相：它是一种BCT有序结构相。基本成分为Ni3Nb，最佳的析出温度范围是760 816。一般在富N b的部位以细小盘状析出。它也是一种有效的强化相。相: 它是一种DO24型的有序密排六方结构相。基本成分为Ni3 (Ti，Nb )， 其析出温度范围是760 950。一般在晶界以细小片层状析出，在晶内以片层状析出，如果观察其横切面则呈现杆状。只有当和相溶解时，相的片层才会增厚。如果在1120固溶处理则只有在晶内才会有相析出，如果在980固溶处理则在晶界和晶内都会有相析出。相: 它是一种正交相。其基本成分为Ni3 (Nb，Al)。它在IN706合金中的析出速

28、率极慢，即使在沉淀速度最快的913也需要几十小时才能形成。不论合金能量状态如何，相总是在晶界以球状或长轴平行于晶界的片状析出。MC型碳化物：它是一种立方结构相(a=4.43)，其析出温度范围为580 1000, 主要以细小弥散的颗粒状分布在基体中。但如果是完全固溶态, 则它有可能分布在晶界上。1.2.3 GH706合金的基本性能表1-2给出了GH706、IN718、A-286、Incololy901四种合金力学性能的对比。从该表可以看出，GH706的性能高于A-286和Incololy901，而与IN718合金相近。特别是它的650持久强度要明显高于A-286和Incololy901，而与IN

29、718的一致。表1-2 GH706合金及其它高温合金的最低性能1材料T.S.MPaY.S.MPa%持久强度MPa，650持久寿命h持久塑性%GH70611678921215686234IN718(a)126410291215686234Incoloy 901(b)10296861215548235A-286(c)89258815184502315由于GH706合金主要用于制造大尺寸部件，因此有人测试了直径为600mm 的锻件的力学性能。表1-3给出了室温下的拉伸和冲击性能数据，并给出了专业标准。图1-1给出了在不同温度下的力学性能的变化情况。表1-3 GH706合金室温下的拉伸和冲击性能1位置

30、屈服强度（MPa）拉伸强度（MPa）延伸率（%）面缩率（%）吸收功（J）边缘1000124819.030.6821/2半径1069123816.022.449中心1049123514.516.653AMS标准93111381215由表1-3和图1-1可以看出，该合金具有良好的室温和高温力学性能。还可看出边缘部分的强度要比中心部位的低些，而拉伸塑性和冲击吸收功则高些，但不是特别明显，这可能与变形程度不均匀所造成的晶粒度不均匀有关。但从表1-3可以知道它们都大于AMS给出的数据。图1-1 GH706合金盘状锻件不同温度下的拉伸性能1图1-2给出了锻造态GH706合金径向低周循环次数和总应变量之间的

31、关系曲线，其加载应变速率为0.2 %s-1。图1-3给出了应力和循环次数的关系曲线。试验是在室温下利用循环弯曲方法进行的。图1-2 GH706合金室温低周疲劳性能1图1-3 GH7O6合金室温高周疲劳性能1表1-4给出大型锻件的边缘、中心及1/2半径处的断裂韧性值。表1-4 GH706合金室温断裂韧性1位置断裂韧性(J)边缘1031/2半径104中心1071.2.4 GH706的锻造GH706合金由于合金元素的合理配置，因而具有良好的锻造性能。图1-4给出了GH706合金在不同温度下的最大变形量。由该图可以看出，在850-1150材料具有良好的锻造性能。由于材料的性能直接受锻造工艺的影响，因此

32、，GH706合金的锻造温度宜选在1000-1100范围内，终锻温度应低于再结晶温度(950)，这样可使相在晶界析出，强化晶界，而又不发生再结晶。最后一火的热变形量应大于临界变形度(15% )，这可得到细小均匀的晶粒。图1-4 GH706合金铸锭的热加工性11.2.5 GH706合金的热处理对于GH706合金有两种商用热处理工艺。一种是提高室温强度和延伸率的工艺，包括：980/1h，AC+718/8h，FC( 55/h)至620/ 8h，AC。采用这种工艺，在高温下得到细小均匀的沉淀相，而在炉冷和较低的温度保持时，会使这些相变得更加稳定，同时出现一些新相。另一种工艺是提高高温性能和蠕变性能的工艺

33、，它包括：980/1h，AC+843/3h，AC+718/8h，FC (55/h)至621/8h，AC。这个工艺与上一种工艺相比，增加了843/3h，AC稳定化处理，这个温度处于场容解度曲线附近，使合金在晶界上产生不连续的相，正是这种相增强了高温缺口韧性。1.3 研究背景及意义GH706合金是在IN718合金基础上，为了改善机加工性能而发展起来的一种沉淀强化型铁镍基高温合金，与IN718合金相比，GH706合金不含Mo，降低了Ni，Cr，Nb含量，增加了Ti，Fe含量，由此该合金的切削性能得到改善，并超过了IN718合金与其它镍基和铁基高温合金。它具有合理的化学配比、冶金缺陷少、成分偏析低、加

34、工性能优异、成本低廉等特点，因而用它能够生产出大尺寸的高温合金产品以满足重工业的需要。另外，该合金的使用温度可达700，而且在较宽的温度及介质范围内具有良好的抗氧化、耐腐蚀的能力，因此具有很大的技术和经济意义12。但是GH706合金与IN718相比，由于其合金化程度低，强度低，不能用于制造主要承力部件；材料的纯净度高，在热加工过程中易出现粗晶。因此，在航空领域中，GH706合金主要用于机匣的制造。本项目将对GH706合金进行等温恒应变速率压缩试验，并采集流动应力数据，分析温度、变形程度、应变速率对流动应力的影响规律，建立GH706合金的本构关系。对等温恒应变速率压缩试验所得试样进行金相处理，分

35、析温度及变形速率对GH706合金显微组织的影响，并进行空烧实验，研究GH706合金加热过程中的晶粒长大规律。然后利用有限元模拟方法模拟GH706合金的热变形，并通过模拟的方法验证所得的本构关系。从而为GH706合金的工程应用提供技术支持。1.4 国内外研究现状分析国内外研究现状得出，关于GH706合金的研究大致可分为三个方面，包括：1、关于GH706合金相变的研究：V. Kindrachuk , N. Wanderka, J. Banhart等进行了在Inconel706合金中的共沉淀的三维有限元研究。通过一系列实验及三维有限元模拟研究得出如下结论：在暴露在750中的Inconel706中的沉

36、淀物个体合并为共沉淀是一个积极有利的过程。它降低了聚集在沉淀物个体中的弹性应变能。因此，和界面的的总表面减少，内在的边界容易出现。具有四方错配应变的颗粒预计将长成取向近似垂直于失配的长主轴的平板14。2、 关于GH706合金性能的研究： 彭永辉等进行了对GH706合金固溶处理温度的探索的研究。经过一系列的实验探究，最终得出结论：(1)经95012固溶处理的GH706合金，无论是锻材还是轧材，其性能指标均符合技术条件要求，证明在生产中采用950作为固溶处理的温度是可行的。(2)980固溶处理的GH706合金性能指标都比较理想，特别是持久寿命有显著提高，因此以980为固溶温度的热处理制度是最佳的热

37、处理条件15。信昕等研究了Al, Nb含量对GH706合金长期时效组织及持久性能的影响,并指出:(1) GH706合金中的质量分数升高至1.25%,Nb的质量分数降低至2.0%后, 标准热处理态下明显抑制相的析出, 促进相的析出,同时阻止晶界上相生成. 在650长期时效后, 改型合金晶内相长大及相的析出受到抑制, 具有更高的组织稳定性。( 2) GH706合金提A l降Nb后, 在标准热处理状态下持久寿命远低于原成分合金, 但随着时效时间的延长, 持久寿命的降低幅度远低于原成分合金。 如果在保持组织稳定性的同时强化晶界,可以使得改型合金具有更强的适用性16。阎冀章，段作祥等的关于GH706合金

38、低周疲劳性能试验研究，通过在MTS高温低循环疲劳试验机上对经过加工的一定形状的GH706合金件进行低周疲劳性能试验，并得到了GH706合金的疲劳性能参数的值及相应分布17。阎冀章等进行了GH706合金高温蠕变性能的试验研究，并得出了如下结论：1)GH706合金在650 , 637.4 MPa, 100h和300h条件下, 具有良好的蠕变性能。2)根据GH706合金具有高的蠕变强度, 可满足合金作为航空发动机涡轮盘和涡轮轴等大锻件在中、高温(650) 工作条件下使用的要求。他在GH706合金长时组织稳定性研究中指出：GH706合金经650500h, 1000h长期时效处理后, 测定显微组织和力学

39、性能。试验结果表明, GH706合金组织稳定, 高温持久断裂寿命、塑性亦较高, 可用于航空发动机涡轮盘、轴类转动部件18-19。 3、 关于GH706合金热加工特性的研究： Schilke P. w. , Pepe J. et al的研究指出早期的GH706合金主要采用真空感应(VIM )和电渣重熔(ESR)以及真空感应和真空自耗(VA R)重熔两种工艺冶炼(称为二段工艺)。利用二段工艺可以得到直径为610 mm、长为2286mm,总重达5310kg的铸锭。但经常在头部和尾部出现冶金缺陷。为了生产更大而且无冶金缺陷的铸锭, 采用了三段冶炼工艺, 即VIM+ESR+VA R ,采用该工艺可以得到

40、直径为1016mm ,重量达14850kg的铸锭,而且冶金质量良好,消除了在二段工艺中经常出现的白斑等。在该三段冶炼工艺中, VIM 工艺给出了杂质含量少,成分控制精确的一次锭。通过ESR工艺可以进行材料的精炼, 并且能得到一个更大直径的电极。通过VAR工艺可消除各种冶金缺陷,这是由于VAR的熔池浅, 能避免形成与偏聚有关的缺陷20。 龙正东，马培立，仲增墉等研究了GH706合金的热加工性能，他们在140mm的GH706合金的球形铸锭的边缘部位取10mm12mm的圆柱试样，并在不同温度计变形速率下的热变形行为及规律进行了研究。结果表明，GH706合金在8501150具有良好的热变形行为。其真应

41、力随温度的升而降低，随真应变速率的增大而增大。并且两者的变化都存在着一个折点。这个折点的出现可能与变形过程中的动态回复与再结晶有关。此外，他们还进行了GH706 合金锭的均匀化处理，对GH706 合金的均匀化处理工艺进行了探索, 同时研究了均匀化处理对材料热加工性能的影响。结果表明: 经过1200、24h均匀化处理可有效地消除元素的偏析。经过均匀化处理后, 可降低热加工的变形抗力, 提高材料的变形能力21-22。Samuel V在温室下利用循环弯曲方法进行实验得出了锻态GH706合金的加载应变速率为0.2 %s-1下的径向低周循环次数和总应变量之间的关系曲线23。 分析国内外研究现状可知，在当

42、前的研究当中，关于GH706合金的热加工特性的研究依然较少，特别是有关GH706合金的大型试样的研究。因此，在本次毕业设计中，将针对直径508mm开坯后直径280mm的棒材GH706合金的热变形特性做一个较为详细的研究，通过热模拟压缩试验，得出流动应力曲线，并建立出其本构关系，并进行空烧实验研究GH706合金加热过程中的晶粒长大规律。并利用有限元模拟方法模拟GH706合金的热变形，并通过模拟的方法验证所得的本构关系。从而为GH706合金的工程应用提供技术支持。1.5 研究方案介绍1.5.1 主要研究内容（1）进行GH706合金的热模拟压缩试验，分析并得出GH706合金的流动应力曲线。（2）根据

43、Arrhenius方程建立GH706合金的本构关系。（3）利用有限元模拟方法模拟GH706合金的热变形，并通过模拟的方法验证所得的本构关系。（4）对等温恒应变速率压缩试验及空烧试验后的试样进行预磨，粗磨，细磨，抛光，腐蚀后，进行金相观察。（5）根据金相试验结果，总结GH706合金棒材在加热过程中的晶粒长大规律。1.5.2 基本研究方案（1）查阅相关文献，了解GH706合金的基本特性，了解项目研究背景。（2）在Gleeble-3500热模拟试验机上进行等温恒应变速率压缩试验，得到GH706合金的流动应力曲线，并分析合金的热变形特性。试验用料为抚顺特钢生产的280mm的GH706棒材，试样尺寸为1

44、015mm。具体试验方案如下：应变速率（s-1）：0.01，0.1，1；温度()：990，1020，1050，1080，1100；变形程度：60%。（3）根据等温恒应变速率压缩试验结果，建立GH706合金的本构关系。根据Arrhenius方程建立的本构关系有下列三种形式： 低应力水平下 高应力水平下 所有状态下式中，A1，A2，A3和，n1，n2为常数；Z为Zener-Hollmon参数24。经过大量实验证明，大多数金属材料的本构关系都符合这三种形式，所以拟采用该形式建立本构关系。（4）利用有限元模拟方法模拟GH706合金的热变形，并通过模拟的方法验证所得的本构关系。（5）在280mm的棒材1

45、/2R处取尺寸为105mm的空烧试样，试验温度()为：1020，1050，1080。（6）对经过热模拟压缩试验及空烧试验后的试样进行预磨，粗磨，细磨，抛光，腐蚀后，进行金相观察。（7）根据金相试验结果，总结GH706合金棒材在加热过程中的晶粒长大规律。第2章 本构关系的相关理论 2.1 引言应力应变之间的关系叫本构关系(Constitutive Relations)。这种关系的数学表达式称为本构方程，也叫物理方程。本构关系是与材料内部本身性质相关的性质。塑性应力应变关系和屈服准则都是求解塑性变形问题的基本方程25。金属塑性成形往往是大变形过程，弹性变形远小于塑性变形部分，因此可忽略弹性变形建立刚塑性材料模型。刚塑性材料服从Mises屈服准则和Levy-Mises方程。本论文采用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温恒应变速率压缩试验，利用压缩试验所采集的数据得出流动应力-应变关系曲线，从而建立GH706合金的本构关系。2.2 Mises屈服准则屈服准则是材料质点发生屈服而进入塑性状态的判据，也称为塑性条件。对于单向拉伸或压缩的材料，可以直接用屈服应力来判断质点是否进入塑性状态，在多向应力作用下，显然不能用一个应力分量来判断材料质点是否进入塑性状态，必须同时考虑所有应力分量。各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始屈服。一般可表示为： （2-1）上式称