GH4033/GH33沉淀强化高温合金的屈服强度与温度关系

高温合金GH4033的拉伸性能在室温至1000°C的温度范围内进行了评估。 使用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察裂缝表面和沉淀。该合金主要由均匀分散在γ基体内部的γ'沉淀颗粒组成。验证了动态应变老化和降水对强度的影响。建立了一个温度依赖性屈服强度模型来描述温度和降水对合金屈服行为的影响。该模型能够考虑降水增强对屈服强度的影响。事实证明，沉淀强化高温合金的屈服行为在很宽的温度范围内是可以充分预测的。请注意，该模型反映了沉淀强化高温合金的屈服强度与温度、弹性模量、恒压下的比热容、泊松比、沉淀粒径和颗粒体积分数之间的定量关系。

介绍

高温合金因其良好的机械性能、良好的耐腐蚀性和在恶劣条件下的长期结构稳定性而被广泛用于高温下的结构应用[1]，[2]。高温合金的典型应用是涡轮发动机、化工厂、热处理设备和喷气发动机[3]、[4]。为了获得在使用中高达非常高的运行条件所需的机械性能，沉淀强化通常被用作高温合金的主要强化机制之一[5]，[6]。在过去的几十年里，关于沉淀颗粒对高温合金在不同温度下性能的影响进行了大量研究[7]，[8]，[9]，[10]，[11]。例如，Osada[7]分析了不同微观结构特征和γ沉淀物分布对多晶Ni-Co基圆盘高温合金（TMW-4M3合金）总强度的贡献。Suzuki[8]研究了γ/γ两相Co-Al-W基合金的高温强度和变形行为。Francis[9]通过中子衍射和电子显微镜研究了γ沉淀尺寸对多晶镍基高温合金变形行为的影响。Li[10]研究了微观组织对先进镍基高温合金在700 °C下驻留疲劳裂纹扩展行为的影响。 K. Hrutkay[11]在25 °C至950 °C的温度范围内，在10 s、10 s和10 s的应变速率下进行了拉伸试验，研究了镍基合金Haynes 230的拉伸行为的温度依赖性和应变速率的影响。以往的研究大多集中在从现象学和实验的角度描述高温合金在高温下强化的因素[12]，[13]，[14]，[15]。−3−1−4−1−5−1

作为塑料材料最重要的性能之一，与温度相关的屈服强度通常是通过拉伸试验获得的[16]。用于确定金属材料在不同温度下的屈服强度的拉伸试验非常不方便。为了更方便地确定金属材料在不同温度下的屈服强度，我们的研究团队建立了一个与温度相关的屈服强度模型[17]，该模型在屈服强度与温度、弹性模量、恒压比热和泊松比之间建立了定量关系。特别是，对于沉淀强化高温合金，还应考虑沉淀颗粒对屈服强度的贡献[18]。γ剪切力是多晶高温合金强度的主要贡献者[18]。最近，关于屈服强度和沉淀相特性之间相互作用的定量见解已被广泛引入。Toshio Osada[19]研究了影响多晶镍钴基高温合金力学性能的因素，发现沉淀相对合金屈服强度增量的影响最大。R.C. Reed[20]结合电解萃取和涉及Rietveld方法的定量X射线衍射（XRD）对高强度镍基高温合金UDIMET 720（U720）和UDIMET 720Li（U720Li）中sigma相形成的动力学进行了表征。M.R. Ahmadi[21]基于热动力学沉淀模拟预测了镍基合金718Plus的屈服强度，γ'的沉淀强化对该合金在时效过程中的最终屈服强度影响最大。在理论研究方面，Kozar等[22]提出了多晶γ-γ'高温合金的强度模型，包括晶粒尺寸和沉淀物的单峰、双峰或三峰分布。对亚溶剂热处理条件（细晶粒和低叔γ体积分数）进行了良好的预测。然而，该模型在超溶剂条件下（粗晶粒和较高的三γ'体积分数）显示出相反的强化效应，这在后来的研究中有所提及[23]。随后，E.I. Galindo-Nava[23]提出了一个扩展模型，该模型考虑了多峰粒度分布，其中根据合金中每种粒径颗粒的相对数量对不同粒径的强化贡献进行加权，类似于D.M. Collins和H.J. Stone[24]的研究。这些模型主要集中在粉末冶金生产的合金上，因为最终微观组织的均匀性高于铸造工艺生产的合金。

本研究采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）研究了GH4033合金的显微组织特性。GH4033合金与Nimonic 80A相似[1]。这种中国级合金的 UNS 当量是 NO7080。在不同温度下测试了GH4033的拉伸性能。此外，基于对典型析出强化高温合金GH4033的实验分析，建立了一种新的降水强化高温合金温度依赖屈服强度模型。该模型基于温度依赖性屈服强度模型[17]和Ashby-Orowan模型[5]考虑了沉淀颗粒对屈服强度的影响。我们用我们的测试结果和文献结果对该模型进行了实验验证。预测的屈服强度与实验数据显著一致。该模型可用于沉淀强化高温合金的设计和应用。

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