Studie zur Entwicklung der Mikros truktur und der Eigenschaften bei der heißen Verarbeitung von Hoch temperatur legierungen

Hoch temperatur legierungen sind eine Klasse spezial isierter Metall legierungen, die in Hoch temperatur umgebungen eine stabile Leistung aufrechterhalten. Sie sind so konzipiert, dass sie unter rauen Bedingungen, einschl ießlich hoher Temperaturen, hoher Beans pru chung und korrosiver Umgebungen, hervorragende mechanische Eigenschaften und Korrosions beständigkeit behalten. Hoch temperatur legierungen können in Abhängigkeit von ihren primären Legierung elementen in Legierungen auf Nickel basis, Kobalt basis und Eisen basis eingeteilt werden. Diese Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden Hoch temperatur festigkeit, Oxidations beständigkeit und Kriech beständigkeit in der Luft-und Raumfahrt-, Energie-und anderen Industrien häufig verwendet.

1. Heiße Verarbeitung stech niken für Hoch temperatur legierungen

1.1 Klassifizierung der heißen Verarbeitung für Hoch temperatur legierungen

(1) Warm walzen: Warm walzen ist ein übliches plastisches Verformung verfahren für Hoch temperatur legierungen. Dabei werden die Legierung knüppel bei hohen Temperaturen durch Walzwerke geführt, um ihre Form zu ändern und ihre Korns truktur zu verfeinern. Warm walzen verbessert die Plastizität des Materials, verringert die Verformung beständigkeit und beseitigt effektiv interne Defekte. Durch die Steuerung der Walz temperatur und-geschwindigkeit können die Materiale igen schaften zuges chnitten werden, um eine überlegene mechanische Leistung und Mikros truktur im Endprodukt sicher zustellen.

(2) Heiße Extrusion: Bei der Heiße xtrusion werden Hochtemperatur-Legierung knüppel in eine Extrusion maschine eingesetzt, wobei bei hohen Temperaturen Extrusion druck angewendet wird, um die gewünschte Form zu erreichen. Heiße Extrusion erhöht die Material dichte und Gleichmäßigkeit, verringert die Korngröße und verbessert dadurch die Zug festigkeit und die Wärme korrosions beständigkeit. Darüber hinaus können interne Hohlräume und Defekte beseitigt und die Gesamt material leistung verbessert werden.

(3) Heiß formen: Heiß formen ist ein Prozess, bei dem Hochtemperatur-Legierung knüppel in Formen bei hohen Temperaturen platziert werden und durch die Verformung wirkung der Form die gewünschte Form erreichen. Warm umformung eignet sich zur Herstellung komplexer Komponenten. Durch die Steuerung der Umform temperatur und-geschwindigkeit können die Korns truktur und die mechanischen Eigenschaften des Materials optimiert werden. Dieses Verfahren bietet einzigartige Vorteile bei der Verbesserung der Form präzision und Oberflächen qualität von Hochtemperatur-Legierung komponenten.

Die Auswahl der Heiß verarbeitung stech niken wirkt sich direkt auf die Mikros truktur und die endgültigen Eigenschaften von Hoch temperatur legierungen aus. Daher hat eingehende Untersuchungen zur Entwicklung von Materialien unter verschiedenen Verarbeitung bedingungen eine erhebliche theoretische und praktische Bedeutung.

1.2 Die Auswirkungen von Hot-Processing-Parametern

(1)Temperatur: Die Temperatur in der heißen Verarbeitung ist ein entscheidender Faktor, der die Mikros truktur und die Eigenschaften von Hoch temperatur legierungen beeinflusst. Geeignete Verarbeitung temperaturen fördern die Rekristallisation, optimieren die Korns truktur und verbessern die Plastizität und Zähigkeit des Materials. Bei hohen Temperaturen verbessert sich der Material fluss, verringert die Spannungs konzentration während der Verformung und verhindert Korn bruch. Zu hohe Temperaturen können jedoch zu einem schnellen Korn wachstum führen, was sich negativ auf die Material festigkeit und die Wärme beständigkeit auswirkt. Daher ist eine präzise Temperatur regelung ein entscheidender Schritt, um die Leistung von Hoch temperatur legierungen sicher zustellen.

(2) Verformung srate: Die Verformung srate bezieht sich auf die Menge der plastischen Verformung, die ein Material pro Zeiteinheit während der heißen Verarbeitung erfährt. Die Wahl der richtigen Verformung srate hilft, das Korn verformung-und Rekristallisation verhalten zu kontrollieren. Niedrigere Verformung raten fördern eine gleichmäßigere Korns truktur und erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer Rekristallisation, wodurch die Plastizität des Materials verbessert wird. Sehr niedrige Verformung raten können jedoch zu einer geringen Produktions effizienz führen. Höhere Verformung raten erhöhen die Produktivität, können jedoch zu Korn brüchen und ungleich mäßigem Gleiten der Korngrenzen führen, was sich auf die Materiale igen schaften auswirkt.

(3) Verformung betrag: Verformung menge bezieht sich auf das Ausmaß der plastischen Verformung eines Materials unDergoes während der Heiß verarbeitung, typischer weise ausgedrückt durch Parameter wie Verformung verhältnis oder Kompression verhältnis. Eine geeignete Verformung menge kann die Festigkeit und Härte von Hoch temperatur legierungen effektiv verbessern und deren Kriech beständigkeit erhöhen. Eine übermäßige Verformung kann jedoch zu Korn bruch und ungleich mäßigem Gleiten der Korngrenzen führen, wodurch die Material zähigkeit verringert wird.

2. Entwicklung der Mikros truktur während der heißen Verarbeitung von Hoch temperatur legierungen

2.1 Umkristallisation und Getreide wachstum

(1) Rekristallisation mechanismus: Die Rekristallisation ist ein signifikantes Phänomen der Mikros trukturent wicklung bei der Heiß verarbeitung von Hoch temperatur legierungen. Es beinhaltet den Ersatz von Original körnern durch neue, feinere Körner unter Hoch temperatur bedingungen. Der Mechanismus umfasst haupt sächlich die Freisetzung innerer Spannungen und die Umlagerung von Gitter fehlern. Bei hohen Temperaturen ist die Energie von Gitter fehlern geringer, was zur Umlagerung von Versetzungen und Defekten im unter Spannung stehenden Kristall führt und neue Körner bildet.

(2) Faktoren, die das Getreide wachstum beeinflussen: Das Getreide wachstum wird von mehreren Faktoren beeinflusst, einschl ießlich Temperatur, Verformung srate und Legierung zusammensetzung. Höhere Temperaturen fördern die Migration und Aggregation von Gitter fehlern und treiben das Getreide wachstum voran. Steigende Verformung raten können das Korn wachstum hemmen, da höhere Raten zu mehr Versetzungen im Kristall führen und das Korn wachstum behindern. Variationen in der Legierung zusammensetzung beeinflussen auch das Korn wachstums verhalten; Beispiels weise kann das Hinzufügen von Spuren elementen die Migration der Korngrenzen behindern und die Korngröße und-verteilung beeinflussen.

2.2 Niederschlag und Auflösung von Phasen

(1) Arten von Sekundär phasen niederschlägen: Die Sekundär phasen fällung ist ein wichtiges Phänomen der mikros trukturellen Entwicklung bei der Heiß verarbeitung von Hoch temperatur legierungen. Sekundär phasen beziehen sich auf Phasen, die sich innerhalb der Körner oder nahe der Korngrenzen bilden und nicht Teil der Primär matrix sind. Die Arten der Sekundär phasen fällung umfassen haupt sächlich gelöste Niederschläge, Versetzung unter struktur und Korngrenzen umwandlung. Solute Niederschlag ist in Hoch temperatur legierungen üblich, die durch die Übersättigung von gelösten Atomen in der Legierung verursacht werden. Bei hohen Temperaturen bilden gelöste Atome in der Legierung stabile Sekundär phasen innerhalb der Körner oder nahe der Korngrenzen, was die Material festigkeit, Härte und Kriech beständigkeit beeinflusst.

(2) Bedingungen für die Phasen auflösung in Hoch temperatur legierungen: Die Phasen auflösung in Hoch temperatur legierungen bezieht sich auf den Prozess, bei dem sich einige Phasen unter Festkörper bedingungen bei hohen Temperaturen auflösen. Dieses Phänomen tritt typischer weise während der heißen Verarbeitung oder Wärme behandlung von Hoch temperatur legierungen auf. Die Bedingungen für die Phasen auflösung umfassen Legierung zusammensetzung, Temperatur und Zeit. Verschiedene Zusammensetzungen von Hoch temperatur legierungen haben unterschied liche Temperatur bereiche und-raten für die Phasen auflösung. Die Kontrolle der Bedingungen für die Phasen auflösung kann die Festigkeit, Plastizität und thermische Stabilität des Materials regulieren, was für die Herstellung von Hochleistungs-Hoch temperatur legierungen von entscheidender Bedeutung ist.

2.3 Änderungen der Gitter fehler

(1) Versetzung dichte: Die Versetzung dichte ist ein kritischer Parameter von Gitter fehlern während der Heiß verarbeitung von Hoch temperatur legierungen, der die Plastizität und Festigkeit des Materials direkt beeinflusst. Versetzungen sind Leitungs fehler innerhalb des Kristalls, und ihre Dichte bezieht sich auf die Anzahl der Versetzungen pro Volumen einheit. Bei hohen Temperaturen wird die Bewegung aDie Erzeugung von Versetzungen nimmt erheblich zu, was zu Änderungen der Versetzung dichte führt. Eine geeignete Versetzung dichte erhöht die Kristall plastizität, aber eine übermäßig hohe Versetzung dichte kann zu ungleich mäßigem Gleiten und Kristall brüchen führen, wodurch die Material zähigkeit verringert wird.

(2) Korn Boundary Engineering und Segregation: Korn grenzen sind Grenzflächen zwischen Kristallen, die die Eigenschaften von Hoch temperatur legierungen erheblich beeinflussen. Bei der Korngrenzen technik wird die Verteilung und die Eigenschaften von Korngrenzen gesteuert, um die Material leistung zu verbessern. Während der heißen Verarbeitung treten häufig Korngrenzen migration und-trennung auf. Die Korngrenzen migration kann zu Korn wachstum und Rekristallisation führen, während die Korngrenzen trennung zu einer ungleich mäßigen Verteilung der Elemente in der Legierung führen kann. Die ordnungs gemäße Kontrolle der Korngrenzen technik ist entscheidend, um die technischen Anforderungen von Hochtemperatur-Legierung materialien während der Heiß verarbeitung zu erfüllen.

3. Entwicklung der Eigenschaften während der heißen Verarbeitung von Hoch temperatur legierungen

3.1 Änderungen der mechanischen Eigenschaften

(1) Zug festigkeit: Die Zug festigkeit ist ein wichtiger Leistungs indikator für die Beständigkeit eines Materials gegen Zug kräfte während der Heiß verarbeitung von Hoch temperatur legierungen. Mit fortschreiten der Heiß verarbeitung wirken sich Änderungen der Korns truktur und der Gitter fehler direkt auf die Zug festigkeit aus. Richtige Heiß verarbeitung stech niken können die Kristalls truktur optimieren und die Versetzung dichte erhöhen, wodurch die Zug festigkeit erhöht wird. Eine übermäßige Verarbeitung kann jedoch zu einem Korn wachstum und einer Ansammlung von Gitter fehlern führen, wodurch die Zug festigkeit verringert wird.

(2) Streckgrenze: Die Streckgrenze ist das Spannungs niveau, bei dem ein Material während der Zugprüfung eine plastische Verformung erfährt, und ist ein weiterer kritischer Parameter für die mechanische Eigenschaft. Während der Heiß verarbeitung von Hoch temperatur legierungen entwickelt sich die Streckgrenze typischer weise mit Änderungen der Gitters truktur. Richtige heiße Verarbeitung bedingungen tragen zur Erhöhung der Streckgrenze bei, indem Faktoren wie Versetzung dichte und Korngrenzen technik kontrolliert werden. Zu hohe Verarbeitung temperaturen oder-raten können jedoch zu einer Trennung der Korngrenzen und einem Korn wachstum führen, wodurch die Streckgrenze verringert wird.

(3) Dehnung: Dehnung bezieht sich auf den Prozentsatz, um den sich ein Material vor dem Brechen während der Zugprüfung ausdehnen kann, was auf seine plastische Verformung fähigkeit hinweist. Bei der Heiß verarbeitung von Hoch temperatur legierungen hängt die Dehnung eng mit Änderungen der Gitter fehler und der Korns truktur zusammen. Die richtige Heiß verarbeitung fördert die gleichmäßige Bildung der Kristalls truktur und erhöht die Material dehnung. Eine übermäßige Verarbeitung kann jedoch zu einem ungleich mäßigen Gleiten und Bruch der Korngrenzen führen, wodurch die Dehnung verringert wird.

3.2 Entwicklung der thermischen Stabilität

(1) Thermische Ermüdung lebensdauer: Die thermische Ermüdung lebensdauer ist ein entscheidender Indikator für die Leistung von Hoch temperatur legierung unter zyklischer thermischer Belastung. Während der heißen Verarbeitung können Korn rekristallisation, Phasen bildung und-auflösung sowie Änderungen der Gitter defekte die Lebensdauer der thermischen Ermüdung beeinträchtigen. Ordnungs gemäße Rekristallisation und Korn kontrolle verbessern die Material zähigkeit und verlängern die Lebensdauer der thermischen Ermüdung. Phasen bildung und-auflösung können auch die Lebensdauer der thermischen Ermüdung beeinflussen, indem sie die Spannungs verteilung und die Wärme leitfähig keit verändern. In Anbetracht der Auswirkungen der Heiß verarbeitung auf das Material können geeignete Wärme behandlungs strategien entwickelt werden, um die thermische Ermüdung lebensdauer von Hoch temperatur legierungen zu verbessern.

(2) Oxidations verhalten: Hochtemperatur-Legierung materialien neigen in Hoch temperatur umgebungen zur Oxidation, was das Oxidations verhalten zu einem kritischen Leistungs indikator macht. Während der heißen Verarbeitung können Korn rekristallisation, Phasen bildung und-auflösung sowie Änderungen der Gitter defekte das Oxidations verhalten beeinflussen. Die richtige Rekristallisation und Kontrolle von Gitter fehlern trägt zur Bildung einer dichten Oxids chutz schicht bei und verbessert die Oxidations beständigkeit. Phasen bildung und-auflösung können zu lokalen Str führenUcturale Uneinheitlichkeit, die das Oxidations verhalten beeinflusst. Durch die Implementierung geeigneter Maßnahmen zur Kontrolle der Atmosphäre und Oberflächen behandlung während der Heiß verarbeitung kann die Oxidations rate von Hochtemperatur-Legierung materialien effektiv reduziert werden, wodurch ihre Lebensdauer verlängert wird.

3.3 Änderungen im Kriech widerstand

(1) Kriech mechanismus: Kriechen ist das plastische Verformung phänomen von Hochtemperatur-Legierung materialien unter bestimmten Belastungen bei erhöhten Temperaturen. Während der heißen Verarbeitung können Korn rekristallisation, Phasen bildung und-auflösung sowie Änderungen der Gitter defekte den Kriech mechanismus beeinflussen. Die Umkristallisation erhöht die Plastizität des Materials, aber eine übermäßige Rekristallisation kann zu einem Korn wachstum führen und die Kriech beständigkeit schwächen. Die Bildung und Auflösung von Sekundär phasen kann die Hoch temperatur stabilität und Kriech leistung des Materials beeinträchtigen. Richtige Heiß verarbeitung stech niken können die Material festigkeit und die Kriech beständigkeit verbessern, indem sie die Korngrenzen steuern und die Phasen struktur optimieren.

(2) Bedingungen für das Kriechen: Kriech bedingungen beziehen sich auf die Spannungen und Temperatur niveaus, bei denen ein Material eine Kriech verformung erfährt. Während der heißen Verarbeitung wirken sich Korn rekristallisation, Phasen bildung und-auflösung sowie Änderungen der Gitter fehler auf die Kriech bedingungen des Materials aus. Die richtige Rekristallisation erhöht die Plastizität des Materials und verringert die Anfälligkeit für Krieche. Phasen bildung und-auflösung können auch die Kriech bedingungen des Materials beeinflussen, indem sie die Spannungs verteilung und die thermische Stabilität ändern. In Anbetracht der Auswirkungen der Heiß verarbeitung auf das Material können geeignete Verarbeitungs-und Wärme behandlungs strategien entwickelt werden, um die Kriech beständigkeit von Hoch temperatur legierungen zu optimieren.

4. Schluss folgerungen und Perspektiven

Die Heiß verarbeitung ist eine kritische Phase bei der Herstellung von Hoch temperatur legierung materialien, die die Entwicklung ihrer Mikros truktur und Eigenschaften erheblich beeinflusst. Durch ein tiefes Verständnis der Auswirkungen von Heiß verarbeitung stech niken und-bedingungen auf die Material leistung können Hersteller die Parameter der heißen Verarbeitung optimieren, die Produkt qualität verbessern und effizientere Herstellungs techniken für Hoch temperatur legierungen entwickeln.

Zukünftige Forschungs richtungen umfassen weitere eingehende Studien zur Beziehung zwischen heißen Verarbeitung parametern und der Entwicklung der Mikros truktur, wobei der Schwerpunkt auf der Phasen transformation und der Kontrolle von Gitter fehlern liegt. Darüber hinaus kann die Erforschung der Anwendung fortschritt licher Heiß verarbeitung stech niken, wie z. B. heiße iso statische Pressung und Laser heizung, die Leistung und Qualität von Hochtemperatur-Legierung materialien weiter verbessern. Erfüllung der steigenden Anforderungen der Luft-und Raumfahrt, Energie und anderer Industrien.