一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法技术

本发明专利技术公开了一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法。该方法的步骤如下：(1)借助等温热压缩实验，获得变形后的含Nb镍基合金试样；(2)统计不同变形工艺参数条件下含Nb镍基合金变形试样中δ相的剩余含量；(3)建立预测变应变速率变形过程中含Nb镍基合金δ相动态溶解分数的数学模型；(4)通过数值差分和迭代累加的方法，实现变应变速率工况下含Nb镍基合金δ相动态溶解分数的预测。本发明专利技术是一种可以准确预测变应变速率工况下热变形中含Nb镍基合金δ相动态溶解分数的方法，对合理制定含Nb镍基合金热加工工艺提供了技术支撑。

A method to predict the \u03b4 phase solubility of Ni base alloy with Nb under time-varying conditions

【技术实现步骤摘要】
一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法
本专利技术属于锻造
，涉及一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法。
技术介绍
含Nb镍基合金具有优异的高温力学性能、抗疲劳性能和耐腐蚀性能，被广泛地应用于航空航天、交通运输以及核工业等领域。在热变形中，含Nb镍基合金微观组织的演变显著受到变形历史和工艺参数的影响，进而对含Nb镍基合金结构件的性能产生极大的影响。δ相为含Nb镍基合金中典型的析出相，与基体的晶格关系为半共格或不共格；在含Nb镍基合金热变形中，δ相可显著激发动态再结晶形核和抑制晶粒的长大，达到细化晶粒的效应。在含Nb镍基合金结构件适当保留一部分δ相，有利于增加裂纹扩展的路径和消耗形变能，抑制裂纹的扩展，促使蠕变性能得到提升。但是，过多的δ相将引起含Nb镍基合金在热变形中局部应力集中，导致含Nb镍基合金构件性能的降低。因此，定量预测含Nb镍基合金热变形中δ相的动态溶解行为具有重要意义。目前，对含Nb镍基合金中δ相的溶解行为的相关研究主要集中在两个方面：无外力作用状态下的静态溶解行为和恒应变速率热变形中动态溶解行为。δ相的静态溶解过程主要包括δ相的分解和扩散过程，该过程受到保温温度和时间的影响。在热变形中，位错在δ相周围塞积形成高密度位错网/胞，导致δ相表面出现局部应力分布不均匀，进而出现弯曲和扭断现象；同时，位错可成为铌元素的快速扩散通道，加剧δ相的快速溶解。现有的预测热变形含Nb镍基合金中δ相动态溶解动力学仅可预测恒应变速率工况下热变形δ相的动态溶解规律，难以预测非恒应变速率工况下含Nb镍基合金中δ相的动态溶解动力学。因此，本专利技术充分考虑了变应变速率热变形中变形历史以及变形工艺参数对δ相动态溶解体积分数的影响，提出了一种预测变应变速率热变形含Nb镍基合金中δ相动态溶解体积分数的方法。该方法的专利技术和推广应用对有效地预测和控制含Nb镍基合金中δ相的剩余含量，为含Nb镍基合金模锻工艺的制定提供了技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法，解决了现有预测方法应用范围狭窄,难以满足工程化应用的需求，为合理制定含Nb镍基合金热加工工艺提供技术支撑。本专利技术具体的步骤是：步骤1：借助高温压缩变形实验，获得不同变形工艺参数条件下含Nb镍基合金的真应力-真应变曲线，并通过水淬保留热变形后的微观组织；步骤2：观察分析高温变形后含Nb镍基合金的微观组织，统计不同变形工况条件下含Nb镍基合金中δ相的剩余含量；步骤3：建立可预测变应变速率高温变形过程含Nb镍基合金中δ相动态溶解动力学的模型为：式中：Xδ,N为变形结束后含Nb镍基合金中δ相的溶解体积分数，Xδ为变形过程中含Nb镍基合金中δ相的溶解体积分数，ε为真应变，εi和εi-1分别为第i和i-1变形阶段结束时对应的真应变，kδ、mδ、nk、nm、Qδ与Q'δ为材料参数，R为通用气体常数(8.314J·mol-1·K-1)；步骤4：预测含Nb镍基合金变应变速率高温变形过程中δ相的动态溶解体积分数。附图说明图1GH4169合金样品初始组织金相图；图2典型变应变速率工况下，GH4169合金高温流变曲线；图3典型变应变速率工况下，GH4169合金高温变形后剩余δ相的金相图：(a)T＝980℃,εI＝0.36；(b)T＝980℃,εI＝0.36；图4典型的变应变速率高温变形过程GH4169合金的δ相动态溶解体积分数；图5变应变速率工况下，GH4169合金高温变形后δ相动态溶解体积分数的预测结果与实验结果对比图；具体实施方式下面结合附图和具体实施案例对本专利技术进行详细说明。本专利技术为一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法。下面以预测典型含Nb镍基合金(GH4169合金)变应变速率热变形中δ相动态溶解分数为例,详细阐述本专利技术所涉及的具体实施细节,其方法包括:步骤1：对GH4169合金进行变应变速率高温压缩实验，获得不同变形工艺参数条件下试样的真应力-真应变曲线，并通过水淬保留热变形后的微观组织。具体的高温压缩实验参数为：变形温度900～1050℃，应变速率为0.0001s-1～50s-1，变形程度为30％～70％。步骤2：通过金相显微镜观察和分析不同变形工况下GH4169合金中剩余δ相的金相图片。将步骤1中高温压缩后的GH4169合金试样从中心沿着压缩方向切开，对剖面实施磨光、抛光以及腐蚀处理，并冲洗和吹干，然后通过金相显微镜获得不同变形工艺参数条件下GH4169合金剩余δ相的分布规律。步骤3：通过Image-ProPlus软件统计不同变形工艺参数条件下GH4169合金中剩余δ相的体积分数(VD)，然后，获得对应变形工况下GH4169合金的δ相动态溶解体积分数：式中：V0和VD分别为GH4169合金热变形之前以及之后δ相的体积分数。典型的变应变速率高温变形过程GH4169合金的δ相动态溶解体积分数，如图4所示。步骤4：建立预测GH4169合金变应变速率高温变形过程中δ相的动态溶解体积分数的数学模型；依据不同变形工艺参数条件下GH4169合金高温流变曲线以及δ相的剩余含量，采用最小二乘法，通过回归方法拟合预测模型中的材料参数(kδ、mδ、nk、nm、Qδ与Q'δ)的值。最后，含Nb镍基合金变应变速率高温变形过程中δ相的动态溶解动力学方程为：步骤5：预测GH4169合金变应变速率高温变形过程中δ相的动态溶解体积分数。为了验证所建立的GH4169合金变应变速率高温变形过程中δ相动态溶解体积分数的预测模型，进行了δ相动态溶解体积分数实验值和预测值的对比，如图5所示。结果表明，依据本专利技术提供的方法建立的变应变速率高温变形过程中δ相动态溶解体积分数数学模型的实验值和预测值吻合较好。表明本专利技术方法能够准确预测含Nb镍基合金变应变速率高温变形过程中δ相动态溶解体积分数，为有效控制含铌含Nb镍基合金中δ相的剩余含量，以及含Nb镍基合金模锻成形工艺的制定提供了技术支持。上面结合附图对本专利技术的实例进行了描述，但本专利技术不局限于上述具体的实施方式，上面的具体实施方式仅是示例性的，不是局限的，任何不超过本专利技术权利要求的专利技术创造，均在本专利技术的保护之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法，其特征在于：该方法充分考虑了变形过程中工艺参数对含Nb镍基合金中δ相动态溶解行为的影响，建立了一种可预测变应变速率工况下热变形中含Nb镍基合金δ相动态溶解分数的数学模型，其包括如下步骤：/n步骤1：在变形温度为900℃～1050℃和各个变形阶段应变速率为0.0001s

【技术特征摘要】
1.一种预测时变工况下含Nb镍基合金δ相溶解分数的方法，其特征在于：该方法充分考虑了变形过程中工艺参数对含Nb镍基合金中δ相动态溶解行为的影响，建立了一种可预测变应变速率工况下热变形中含Nb镍基合金δ相动态溶解分数的数学模型，其包括如下步骤：
步骤1：在变形温度为900℃～1050℃和各个变形阶段应变速率为0.0001s-1～50s-1的条件下，进行含Nb镍基合金等温热压缩实验，获得含Nb镍基合金高温流变曲线和变形后的试样；
步骤2：实验观察不同工艺参数条件下变形试样的微观组织，统计不同工艺参数条件下含Nb镍基合金中δ相的剩余含量，进而获得δ相的动态溶解分数；
步骤3：建立预测变应变速率工况下含Nb镍基合金δ相...

【专利技术属性】
技术研发人员：何道广，蔺永诚，陈明松，吴瞧，陈子健，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43