N12160高溫合金熱壓縮變形行為和加工圖

蔡增 董洪波 王喆鑫

摘? 要：該文所研究的N12160合金等溫?zé)釅簩?shí)驗(yàn)是在Gleeble-3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。獲得了N12160合金在應(yīng)變速率為0.01～5s-1、變形溫度為950℃～1200℃條件下的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線。該文采用Arrhenius方程描述了該合金的流變應(yīng)力行為，同時(shí)基于動(dòng)態(tài)材料模型（DMM）建立了N12160合金在不同應(yīng)變量下的熱加工圖研究。結(jié)果表明：在熱壓縮變形過(guò)程中，流變應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加而增加，隨變形溫度的增加而減小。根據(jù)熱加工圖以及微觀組織觀察得出N12160合金適宜熱加工區(qū)域的變形參數(shù)為：ε=0.02～0.6s-1，T=1000℃～1080℃和=0.2～2s-1，T=1080℃～1200℃。

關(guān)鍵詞：N12160合金? 流變應(yīng)力? 本構(gòu)方程? 加工圖

中圖分類號(hào)：TG146.1+5 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）01（b）-0056-05

Abstract： The isothermal thermal compression test of N12160 alloy was carried out by Gleeble-3500 thermal simulator. The true stress-true strain curve of N12160 alloy under strain rate of 0.01～5s-1 and deformation temperature of 950℃～1200℃ was obtained. The rheological behavior of the alloy is the Arrhenius equation of the N12160 alloy under different strains. The thermal processing map description was built based on the Dynamic Materials Model （DMM）. The results show that the higher the strain rate， the greater the flow stress， the higher the deformation temperature， the lower the flow stress. According to the thermal processing map and microstructure observation， the deformation parameters of the suitable hot working region of N12160 alloy are：ε=0.02～0.6s-1，T=1000～1080℃ and=0.2～2s-1，T=1080℃～1200℃.

Key Words： N12160 alloy; Flow stress; Constitutive equation; Processing map

N12160合金是一種Ni-Co-Cr-Si高溫合金，其特點(diǎn)是抗氧化性高、耐腐蝕性強(qiáng)，同時(shí)它的機(jī)械性能也較為良好。由于該合金對(duì)硫化及其他惡劣高溫環(huán)境（使用溫度可達(dá)1200℃）有很好的抵抗能力，主要用于化工、環(huán)境治理和核工業(yè)等。目前，大多數(shù)關(guān)于N12160合金的研究都是針對(duì)它的腐蝕性進(jìn)行的，但很少有關(guān)于其熱變形行為和熱加工工藝的研究報(bào)道。

該文將對(duì)N12160合金進(jìn)行等溫?zé)釅嚎s實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分析該合金在熱變形期間流變應(yīng)力的變化情況，構(gòu)建合金的本構(gòu)方程和建立基于動(dòng)態(tài)材料模型（DMM）的加工圖。同時(shí)以加工圖為基礎(chǔ)研究了在不同的變形參數(shù)下，N12160合金的高溫變形特點(diǎn)和組織演變的規(guī)律，從而為N12160合金熱加工工藝的發(fā)展提供合理的參考。

1? 實(shí)驗(yàn)材料及方法

該文設(shè)計(jì)的熱壓縮實(shí)驗(yàn)變形溫度：950、1000、1050、1100、1150和1200℃，應(yīng)變速率：0.01、0.1、1.0、3.0、5.0s-1，試樣的真應(yīng)變?yōu)?.92。實(shí)驗(yàn)所用N12160合金棒料尺寸為Φ8×12mm，成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：Co28.47%、Cr28.02%、Si2.82%、Fe1.49%、Ti0.58%、Mn0.439%，剩余為Ni。該實(shí)驗(yàn)在真空下進(jìn)行，為了使試樣內(nèi)部溫度能夠一致，將試樣以5℃/s的加熱速度加熱至所需的溫度并保溫3min，然后壓縮。熱壓縮結(jié)束后，立即將其通過(guò)水冷的方式冷卻至室溫。對(duì)壓縮后的試樣切割、研磨、拋光后侵蝕，然后放在金相顯微鏡下觀察其變形后的微觀組織。

2? 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和分析

2.1 N12160合金真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線

N12160合金在不同變形條件下的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線如圖1所示。從圖中可以看出，由于在變形的初始階段加工硬化的作用，N12160合金的流變應(yīng)力都呈現(xiàn)出快速上升的現(xiàn)象。隨著變形量的增加，此時(shí)合金發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，當(dāng)硬化速率與軟化速率一致時(shí)，該合金的流變應(yīng)力達(dá)到峰值。隨著合金壓縮量的繼續(xù)增大，應(yīng)力逐漸降低直至穩(wěn)定。比較同一溫度不同應(yīng)變速率下的流變應(yīng)力可以得出：流變應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的增加而增加。而在相同的應(yīng)變速率下，流變應(yīng)力隨著變形溫度的增加而減小。

2.2 N12160合金熱壓縮變形流變本構(gòu)方程

人們通過(guò)建立流變應(yīng)力與應(yīng)變速率、變形溫度、變形量等熱加工參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系即本構(gòu)模型，來(lái)描述金屬的高溫變形行為，它表征了金屬材料變形中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[1-2]。該文將通過(guò)Arrhenius函數(shù)來(lái)構(gòu)建N12160合金的本構(gòu)方程。

2.3.2 N12160合金熱加工圖及分析

采用三次多項(xiàng)式擬合lnσ與的關(guān)系參數(shù)，按上述公式計(jì)算可以獲得合金在不同的加工參數(shù)下的功率耗散效率η和穩(wěn)定性函數(shù)ξ（）。該文利用Matlab軟件編寫(xiě)程序，先繪制出ξ（）小于零的區(qū)域即變形失穩(wěn)區(qū)，后繪制了材料功率耗散圖。然后將它們重疊在一起便得到了該合金的熱加工圖。圖5即為N12160合金在真應(yīng)變（ε）為0.92所對(duì)應(yīng)的加工圖。