摘要
作为新一代高热强性难变形镍基高温合金，GH4151合金可在800℃长期服役，是高性能航空发动机热端部件的理想材料。为了保证其良好的高温强度及抗氧化性，满足高推比发动机对材料高温性能的严苛要求，GH4151合金添加有大量合金化元素，强化相γ’相含量接近60％。而大量合金化元素的添加，在保证合金高温力学性能的同时，增加了合金的热加工难度。在镍基高温合金材料加工过程中，多道次热加工是生产大型高温合金锻件的主要方法，但在多道次热变形过程中，微观组织的演变对热变形参数非常敏感。因此，本文设计并进行了不同初始晶粒尺寸GH4151合金的双道次热变形实验，系统探讨了热变形参数和初始晶粒尺寸对合金高温流变行为及微观组织演化的影响，分析了 GH4151合金的再结晶机制，建立了该合金亚动态再结晶的动力学方程。进而，设计并进行了系列单道次热变形后不同保温时间试验，评价了 GH4151合金在热变形后一定时间保温与该合金晶粒组织均匀性的关联性。研究结果可为GH4151合金盘锻件热加工工艺设计提供依据。 双道次热压缩试验结果表明，GH4151合金的高温流变行为以及微观组织演变对热变形参数十分敏感，其中，变形温度的提高、道次保温时间的延长、合适的应变速率以及保持细小的初始晶粒尺寸，有助于GH4151合金再结晶程度的提高，降低合金在高温流变行为中的整体真应力水平，有助于改善合金塑性变形能力。进而，在双道次热压缩试验基础上，建立了不同初始晶粒尺寸GH4151合金的亚动态再结晶动力学模型。 进一步的微观分析表明，GH4151合金在双道次热变形过程中再结晶机制以晶界弓弯、膨胀的断续动态再结晶以及亚晶聚合、旋转的连续动态再结晶为主，并伴随有孪晶诱发动态再结晶以及异质外延动态再结晶机制。在道次保温阶段，以后动态再结晶中的亚动态再结晶机制进行动态再结晶核心的生长。动态再结晶与亚动态再结晶的结合，起到了细化晶粒、改善合金热加工塑性的作用。 单道次热变形后不同保温时间的试验表明，保温时间的提高使得GH4151合金晶粒组织均匀性有所提高，但变形温度过高（超过一次γ'溶解温度）、道次保温时间过长容易引起合金晶粒组织异常长大，晶粒组织均匀性降低，对材料的性能改善不利。
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