电脉冲对难变形高温合金拉伸变形行为的作用规律及机理

As one important structural material, the superalloy is said Irreplaceable for such aerospace filed etc.. The key way for resolving the hard-working problem of hard-deformed nickel-based superalloy is said how to decrease the deformation resistance and its recrystallization temperature, as well as to expand thermal processing window. In the present proposal, electric pulse will be tried to use on the typical nickel-based superalloy during high temperature tensile deformation, by the temperature compensation + contrast, in step-stop + rapid cooling experimental technology, at the same time the modern analysis methods (such as SEM, TEM, EBSD, PAT, internal friction, EPMA) are conducted on the specimens. The systematic study on the effects of electrical pulse on the interaction behavior between the point defects and dislocations of nickel-based superalloy during tensile deformation processes at elevated temperature, and analysis of the effects of electrical pulses on the dynamic recrystallization nucleation and grain growth behavior of the superalloy, in order to reveal the mechanism and the physical nature of the influence of microstructure evolution on the plastic deformation behavior of superalloy. So that flow stress, dynamic recovery and recrystallization of the nickel-based superalloy can be controlled during the high temperature deformation under electrical pulse. The results will have important academic value for revealing the mechanism of deformation under electrical pulses for the nickel-based superalloy, also have valuable significance for thermal processing of the superalloy with electrical pulses.

高温合金作为航空航天等重要领域高温结构件用材料，占据不可替代的地位。降低热加工变形抗力及再结晶温度、扩大热加工窗口，是解决镍基难变形高温合金热加工变形困难之关键。本申请在典型镍基高温合金高温拉伸变形中施加电脉冲，结合温度补偿+对比、中顿+快速冷却的试验设计，利用SEM、TEM、EBSD、PAT、内耗、EPMA等现代分析手段，系统研究电脉冲下高温合金拉伸变形过程中点缺陷与位错的交互作用规律、解析电脉冲作用下高温合金的动态再结晶形核与晶粒长大行为的物理本质，揭示电脉冲的"纯电效应"影响高温合金塑性变形行为的微观本质；以期实现电脉冲下镍基难变形高温合金高温变形流变应力、动态回复与再结晶组织的精确控制，构建电脉冲下镍基难变形高温合金的热加工图。所获研究结果对揭示电脉冲作用下高温合金的变形机制具有重要的学术价值，同时对实现电脉冲下镍基难变形高温合金的热加工具有实际意义。

本项目以典型的难变形镍基高温合金GH4169为研究对象，研究了脉冲电流对合金拉伸变形行为的影响，以及脉冲电流时效对合金组织及性能的影响，探究脉冲电流对合金组织演化和变形行为（包括合金塑性变形行为、动态回复及动态再结晶）的作用机理，以期通过有效控制电脉冲参数探索精确控制镍基难变形高温合金热加工过程中的流变应力及热加工组织，为脉冲电流在高温合金中的应用提供理论基础。.研究发现，在GH4169合金高温拉伸变形过程中施加脉冲电流，可有效减缓、抑制动态应变现象地发生。脉冲电流促进位错运动和合金元素扩散，有助于γ′′相和δ相析出，合金中有效钉扎位错运动的溶质原子数量降低。此过程中合金流变应力显著下降，延伸率显著增大，合金塑性变形能力增强。拉伸中撤除/回复施加的脉冲电流，拉伸流变应力立刻升高/降低。实验结果揭示了脉冲电流诱导原子振动加剧引起Peierls力降低是流变应力降低的本质。另一方面，脉冲电流促进合金发生动态再结晶亦促进合金流变应力降低。脉冲电流作用下高温拉伸变形，脉冲电流诱发合金晶界析出δ相；促进晶粒内γ′′相长大，γ′′相尺寸随脉冲电流频率增大而增大；脉冲电流促进晶粒内部分γ′′相转化为δ相。脉冲电流作用下位错运动加速、缺陷密度增大和原子能量增加，均有利于原子扩散，降低原子扩散激活能，促进析出相析出、长大过程发生。.研究结果揭示了，经适宜脉冲电流时效的GH4169合金强度和塑性可实现同时改善。脉冲电流时效过程中诱发合金空位浓度增大，促进δ相于晶界析出，促进γ′′相长大，部分γ′′相在位错附近分布析出呈链状特征形貌。由于合金中空位浓度增加，高温拉伸变形初期空位强化机制强化合金，合金屈服强度增加。同时高温拉伸变形过程中空位诱发极细小纳米级γ′′相析出，极细小纳米级γ′′相具有较高的共格应变强度，是合金强度和塑性同时增强的主要原因。.基于脉冲电流对难变形GH4169合金拉伸变形的影响规律及作用机理，以及脉冲电流时效对合金组织性能的影响规律及作用机理的研究，发现适宜地运用脉冲电流，可以达到“合金强度、塑性同时改善”的效果。一方面，热变形过程中施加脉冲电流合金变形抗力降低、塑性变形能力增强，有助于高温合金热加工；另一方面，脉冲电流时效促进另一尺度γ′′相析出，实现合金强度和塑性同时增强。