GH3625合金热变形过程中绝热剪切带的热-力效应

GH3625 alloy has high-strength as mainly steam piping material for its high temperature creep resistance, long-lasting performance, anti-oxidation and corrosion resistance. However, the hot extrusion cracking limits the application of GH3625 alloy seamless tube. In this work,in order to study the crack initiation of GH3625 alloy seamless tube during hot deformation. Adiabatic shear band and 3-D dynamic stress distribution, such as 3-D stress crack damage and the failure caused by within the material microstructure heterogeneity or mismatch, were researched. The traditional thermal viscoplastic constitutive relation was optimized by the microstructure change of constitutive model. We research on the material instability (ie adiabatic shear band initiation) criterion and mechanical behavior of materials using numerical simulation method. Real-time measurement of 3-D internal stress within adiabatic shear band using in situ hot deformation neutron diffraction, establishing an accurate physical model of shear bands and cracks extended. Research on thermal-mechanical effect of adiabatic shear bands on hot deformation for GH3625 alloy and the mechanism by burst failure behavior generated, searching an idea of a combination of a modified microstructure control of GH3625 alloy during thermal deformation process.

GH3625合金作为高强度主蒸汽管道材料，具有良好的高温蠕变性能、持久性能、抗氧化和抗腐蚀性能，但是热挤压开裂限制了GH3625合金无缝管材的应用。本申请以GH3625合金在热变形过程中的裂纹萌生为研究对象，以绝热剪切带和3-D动态应力分布为切入点，重点研究材料内部微观结构非均质或失配性引起的3-D内应力裂纹损伤失效行为。从微观结构变化的本构模型优化传统热粘塑性本构关系，采用数值模拟方法研究材料失稳(即剪切带萌生)判据以及失稳后剪切带内材料力学行为。利用中子原位压缩衍射对绝热剪切带内3-D内应力实时测量，为建立准确描述剪切带扩展和裂纹的物理模型提供理论支撑。揭示绝热剪切带在GH3625合金管材热变形过程中的热-力效应以及由其产生的爆裂等失效行为的作用机制，探求GH3625合金在热变形过程中显微组织控制的组合改性思路。

研究表明，由于GH3625合金变形抗力大、合金化程度高、热加工温度窗口窄等特点，高品质合金管材的热挤压成形及其组织与性能的调控仍是限制其合金管材应用的瓶颈。针对以上问题，本课题组以GH3625合金热挤压过程中管材爆裂为切入点，开展GH3625合金热挤压过程中的热-力效应、管材爆裂失效行为的起因以及显微组织与性能控制的组合改性的研究，对“热-力效应”与管材爆裂起因之间的关联进行了深入的探究。在此期间，本课题组明确了了GH3625合金热挤压过程中的管材爆裂现象与绝热剪切这种局部失稳现象并无直接关联，绝热剪切并不是造成管材爆裂现象的原因。热挤压过程中坯料局部应力集中、绝热升温、模具出口处的拉应力是引起管材爆裂的外部条件，而低温Laves相在热挤压过程中发生回熔形成微裂纹和孔洞是引起管材爆裂的内在因素。同时，发现合理控制和优化热挤压工艺参数可以有效避免管材爆裂现象。此外，对传统制管工艺进行改进和创新，提出了一种新型的短流程制管工艺，经短流程制管工艺制备的热挤压荒管其抗拉强度为771 MPa，屈服强度为356 MPa，延伸率为52.33 %，与传统制管工艺制备的热挤压荒管的力学性能(抗拉强度为796 MPa，屈服强度为417 MPa，延伸率为53.40 %)非常接近。并进一步通过适当的形变热处理优化GH3625合金管材的显微组织，从而改善力学性能和耐腐蚀性能。综上所述，本课题组从本质上解决了GH3625合金热挤压过程中产生管材爆裂的现象，为提供高品质的热挤压荒管，提高生产效率和节约成本奠定了坚实的基础，并为进一步优化合金管材组织和性能提供了理论支撑。