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合金等溫熱壓實驗是在Gleeble-3500熱模擬試驗機上進行的。獲得了N12160合金在應變速率為0.01～5s-1、變形溫度為950℃～1200℃條件下的真應力-真應變曲線。該文采用Arrhenius方程描述了該合金的流變應力行為，同時基于動態材料模型（DMM）建立了N12160合金在不同應變量下的熱加工圖研究。結果表明：在熱壓縮變形過程中，流變應力隨應變速率的增加而增加，隨變形溫度的增加而減小。根據熱加工圖以及微觀組織觀察得出N12160合金適宜熱加工區域的變形參數為：ε=0.02～0.6s-1，T=1000℃～1080℃和=0.2～2s-1，T=1080℃～1200℃。

關鍵詞：N12160合金? 流變應力? 本構方程? 加工圖

中圖分類號：TG146.1+5 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：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，其特點是抗氧化性高、耐腐蝕性強，同時它的機械性能也較為良好。由于該合金對硫化及其他惡劣高溫環境（使用溫度可達1200℃）有很好的抵抗能力，主要用于化工、環境治理和核工業等。目前，大多數關于N12160合金的研究都是針對它的腐蝕性進行的，但很少有關于其熱變形行為和熱加工工藝的研究報道。

該文將對N12160合金進行等溫熱壓縮實驗，通過分析該合金在熱變形期間流變應力的變化情況，構建合金的本構方程和建立基于動態材料模型（DMM）的加工圖。同時以加工圖為基礎研究了在不同的變形參數下，N12160合金的高溫變形特點和組織演變的規律，從而為N12160合金熱加工工藝的發展提供合理的參考。

1? 實驗材料及方法

該文設計的熱壓縮實驗變形溫度：950、1000、1050、1100、1150和1200℃，應變速率：0.01、0.1、1.0、3.0、5.0s-1，試樣的真應變為0.92。實驗所用N12160合金棒料尺寸為Φ8×12mm，成分（質量分數）為：Co28.47%、Cr28.02%、Si2.82%、Fe1.49%、Ti0.58%、Mn0.439%，剩余為Ni。該實驗在真空下進行，為了使試樣內部溫度能夠一致，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。熱壓縮結束后，立即將其通過水冷的方式冷卻至室溫。對壓縮后的試樣切割、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? 實驗的結果和分析

2.1 N12160合金真應力-真應變曲線

N12160合金在不同變形條件下的真應力-真應變曲線如圖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合金的流變應力都呈現出快速上升的現象。隨著變形量的增加，此時合金發生了動態再結晶，當硬化速率與軟化速率一致時，該合金的流變應力達到峰值。隨著合金壓縮量的繼續增大，應力逐漸降低直至穩定。比較同一溫度不同應變速率下的流變應力可以得出：流變應力隨著應變速率的增加而增加。而在相同的應變速率下，流變應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方程

人們通過建立流變應力與應變速率、變形溫度、變形量等熱加工參數之間的函數關系即本構模型，來描述金屬的高溫變形行為，它表征了金屬材料變形中的動態響應[1-2]。該文將通過Arrhenius函數來構建N12160合金的本構方程。

2.3.2 N12160合金熱加工圖及分析

采用三次多項式擬合lnσ與的關系參數，按上述公式計算可以獲得合金在不同的加工參數下的功率耗散效率η和穩定性函數ξ（）。該文利用Matlab軟件編寫程序，先繪制出ξ（）小于零的區域即變形失穩區，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合金在真應變（ε）為0.92所對應的加工圖。