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GH690合金拉伸变形行为的温度敏感性是什么?

长期以来,人们普遍认为孪生变形主要出现在缺乏足够多独立滑移系的金属或合金中,对于常见的3种晶体结构而言,密排六方结构的镁、锌、镉等常以孪生方式变形,体心立方结构的钢铁材料只有在冲击载荷或低温下才能观察到形变孪晶,面心立方结构的金属或合金一般不发生孪生。而近期的研究表明,某些低层错能的面心立方结构合金如高锰钢、不锈钢、钴基合金以及沉淀强化型镍基或铁基合金等在常温或高温变形时也能够通过孪生协调变形。这就使人们必须重新认识低层错能面心立方结构晶体的变形方式,对于这一问题的深入理解不仅完善了面心立方结构合金变形的理论基础,而且对分析这些合金的力学性能包括强度、韧性和断裂等具有重要意义。
  GH690合金是一种低层错能的新型镍基耐蚀合金,该合金作为新一代蒸汽发生器传热管用材,长期服役于核电站一回路高温高压环境中,是一回路压力边界的薄弱环节。前期研究表明,GH690合金的室温变形可以通过孪生协调进行,使合金表现为较高的断裂韧性。然而迄今为止,GH690合金在拉伸变形过程中形变孪晶对强度和延伸率的作用机理尚不清楚,而且GH690合金的变形机制对温度的依赖关系还有待深入研究。这些问题的解决将直接关系到GH690合金的设计思路与核电站的安全运营。
  研究人员实验研究了GH690合金在不同温度拉伸变形时,拉伸性能随形变温度的变化规律。通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察了变形组织,澄清了变形机制与形变温度之间的对应关系。
  采用双真空冶炼GH690合金,经锻造、轧制成Φ200㎜的棒材,其化学成分(质量分数,%)为: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。合金经1343K固溶处理5min后空冷,然后经993K特殊热处理10h后空冷。参照ASTME08-2004 标准,室温拉伸试样的标距尺寸为Φ5mm×25mm,其它温度拉伸试样的标距尺寸为Φ10mm×50mm。拉伸试样的轴向平行于棒材的轧制方向。在SANS-CMT5105电子万能试验机上进行拉伸试验,拉伸速率为0.2mm/min。试验温度分别为298(室温)、453、523 及623K,试
  样被加热到预定温度保温30min后开始试验,温度控制精度为±1K。
  拉伸变形后的样品沿拉伸方向取金相试样。使用的金相腐蚀液是HCl(10ml)+C2H5OH(20ml)+CuSO4(2.5g)。通过OLYMPUS GX71金相显微镜(OM)观察合金的金相组织。利用SHIMADZU SSX505扫描电子显微镜(SEM)观察样品断口形貌。不同温度拉伸变形后的试样沿拉伸方向取透射样品,经机械减薄及双喷电解减薄后在TECNAI G2透射电子显微镜(TEM)上观察微观结构。试验结果如下:
  (1)GH690合金在298~623K之间拉伸时,屈服强度变化不明显,但抗拉强度和延伸率均随形变温度的升高而降低。
  (2)GH690合金在298K拉伸时,生成的形变孪晶促使裂纹扩展转向,提高了裂纹扩展抗力,形成了显著起伏的断口形貌。随着形变温度的升高,形变孪晶的数量逐渐减少直至消失,裂纹扩展转向的几率降低,裂纹扩展抗力减小,断口起伏渐缓。
  (3)GH690合金在298K拉伸时,通过孪生协调变形获得了较高的加工硬化速率,导致合金的强度和塑性较高。随着形变温度的升高,合金的变形机制由孪生转变为滑移,滑移产生的加工硬化效应小于孪生,因此合金的强度和塑性随之降低。
 

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