1、变形速率对 ZGH3030 镍基高温合金力学性能的影响逯红果1，2，周丽1，马中钢2，崔彬2，李化坤2，徐琳2，李娜2，王光华2，李道乾2，殷凤仕3(1.山东理工大学 化学化工学院，山东 淄博 255049；2.山东瑞泰新材料科技有限公司，山东 淄博 256100；3.山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博 255049)摘要：针对ZGH3030合金重熔浇铸力学试棒在800 拉伸试验过程中拉伸强度低于标准值的现象，本实验采用型号为WDW-100试验机，对不同力学试棒通过设定不同的横梁位移速率和相同试棒拉伸过程中改变横梁位移速率，研究了横梁移动速率对ZGH3030合金强度的影响。结果表明，ZGH
2、3030合金在800 拉伸试验过程中，改变横梁位移测试条件，能够改变合金的抗拉强度值。因此，该方面的研究，有助于在以后类似铸造高温合金拉伸过程中，通过合理设定横梁位移速率，获得合适的抗拉强度值。关键词：ZGH3030镍基高温合金；变形速率；高温拉伸；抗拉强度中图分类号：TG132.3+2文献标识码：A文章编号：1000-8365(2023)03-0257-06Effect of Strain Rate on the High-Temperature Mechanical Properties of aZGH3030 Nickel-Based SuperalloyLU Hongguo1,2,ZH
3、OU Li1,MA Zhonggang2,CUI Bin2,LI Huakun2,XU Lin2,LI Na2,WANG Guanghua2,LI Daoqian2,YIN Fengshi3(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering,ShandongUniversityofTechnology,Zibo255049,China;2.Shandong RoitieNew Material Science and Technology Co.,Ltd.,Zibo 256100,China;3.School of Mechanical Engineering
4、,ShandongUniversity of Technology,Zibo 255049,China)Abstract：Aiming at the phenomenon that the tensile strength of the remelted casting ZGH3030 alloy is lower than thestandard value during the tensile test at 800,the WDW-100 testing machine was used in this test to study the influenceof the beam dis
5、placement rate on the strength by setting different beam displacement rates for different mechanical test barsand changing the beam displacement rate of the same test bar during the test.The results show that the tensile strength ofthe ZGH3030 alloy can be changed by changing the beam displacement t
6、est conditions during the tensile test at 800.Therefore,the appropriate tensile strength can be obtained by reasonably setting the displacement rate of the beam,which ishelpful for the tensile test of similar cast superalloys in the future.Key words：ZGH3030 nickel-based superalloy;strain rate;high-t
7、emperature tensile test;tensile strength收稿日期:2022-09-02基金项目:山东省重点研发计划(2021JMRH0204)；山东省科技型中小企业创新能力提升项目(2022tsgc0040)；淄博市“双十”计划项目(2019SS090001)作者简介:逯红果，1988年生，硕士，中级工程师.研究方向：金属材料的组织和性能研究.电话：17560312304，Email:.通讯作者:周丽，1967年生，硕士，高级实验师，硕士生导师.研究方向：高性能高温金属材料的组织和性能研究.电话：13605331243,Email:.引用格式:逯红果，周丽，马中钢，等.
8、变形速率对ZGH3030镍基高温合金力学性能的影响J.铸造技术，2023,44(3):257-262.LUHG,ZHOUL,MZG,et al.Effect of strain rate on the high-temperature mechanical properties of aZGH3030 nickel-based sup-eralloyJ.FoundryTechnology,2023,44(3):257-262.ZGH3030镍基高温合金化学成分简单，主要成分为碳、铬、钛和镍元素，在800 以下具有较好的热强性和高塑性、良好的抗氧化、抗热疲劳和可焊性等，在航空航天、舰船、石油化工
9、等领域得到广泛应用1。该合金经过1 000 固溶处理后为单相奥氏体组织，无相析出，晶界处存在MC(M为Ti元素)型碳氮化合物，并且经过高温时效处理或提高碳含量后，能够析出M7C3(M为Cr元素)型碳化物2。DOI：10.16410/j.issn1000-8365.2023.2268铸造技术FOUNDRY TECHNOLOGYVol.44 No.03Mar.2023257 抗拉强度、屈服强度和断后伸长率是验证合金性能的重要指标。目前，提高合金高温拉伸强度的主要手段有增大晶粒尺寸3、改变碳化物形貌4、提高相体积分数5等。但是，上述方法对于无固溶强化元 素 和相 的ZGH3030合 金 影 响 不
10、大。根 据HB5195-1996金属高温拉伸试验方法可知，可以采用多种横梁移动速率进行拉伸试验。目前对于试验速率对合金性能影响的研究较少。李克杰6研究表明，在250 条件下，高强耐热镁稀土合金变形速率从0.5 mm/min提高到4.0 mm/min，屈服强度有所提高，合金抗拉强度先升高后降低。张欢等7发现应变速率对Ti6Al4V合金合金室温的抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率影响较小，而对屈服强度影响较大。Zhang等8研究了在高温下应变速率对合金发生动态再结晶的影响。李细峰等9、王岩等10及郭青苗等11分别研究了应变速率对Invar 36、617B和GH625合金的影响，结果表明，应变速率及变
11、形温度对合金力学性能、动态再结晶晶粒尺寸和体积分数影响较大。此外，变形速率能对合金中位错的形成与滑移产生影响，高变形速率能使合金表面硬化，提高合金拉伸强度；同时，拉伸试验各阶段的塑性变形在不同程度上受到应变速率的影响12-13。张俊平等14、贾昌远等15及苑文婧等16分别研究了温度及应变速率对TWIP钢、40CrNiMo钢和HC340LA钢拉伸性能的影响，并分析了拉伸过程中各阶段弹塑性变形的机制。另有学者17-20研究了应变速率对各种变形/铸造高温合金组织与力学性能的影响，并对应变速率对合金显微组织的影响进行了分析。上述研究结果表明，合金在高温拉伸试验过程中，应变速率对合金的力学性能影响较大。
12、本文研究的ZGH3030合金中无固溶强化元素和相，且沿晶界存在少量的MC型碳化物，在800 高温拉伸时，常存在抗拉强度低、伸长率和断面收缩率高的现象。在高温拉伸试验满足HB5195-1996标准要求上，本文研究了横梁位移速率对ZGH3030合金高温拉伸力学性能的影响，为后续同类合金的研究提供技术支持。1实验材料与方法实验采用ZGJL0.5-100-2.5型真空感应炉重熔铸造高温母合金，化学成分见表1。重熔浇注成梅花试棒，重熔时在1 580 精炼5 min，1 420 浇注，模壳焙烧温度为860，采用填砂造型方式。试棒经1 000 固溶处理2 h并空冷后加工成标距为25 mm、直径为5 mm的标
13、准拉伸试样，然后采用型号为WDW-100的高温拉伸试验机测试800 高温拉伸性能，拉伸过程中横梁位移速率设置为0.6、1.2和2.0 mm/min。拉伸试样断口采用线切割沿中间切割获得纵剖面，经镶嵌、打磨、抛光和腐蚀后观察组织。试样腐蚀剂为20 g CuSO4100 mL HCL5 mLH2SO480 mL H2O。采用型号为BX53M金相显微镜和型号为FEI-Apreo-S场发射高分辨扫描电镜观察显微组织及断口纵剖面。2实验结果及讨论2.1显微组织图12分别为ZGH3030合金显微组织。由图1可知，合金晶界处和晶界附近存在析出相，晶界处析出相呈颗粒状分布，晶界内析出相主要呈颗粒状或长棒分布在
14、基体上。图2(a)为晶界处高倍扫描照片，图2(b)为晶界附近析出相高倍扫描照片，由图12可知，合金晶界处和晶界附近存在析出相。图2(cd)为晶界和晶界附近析出相的能谱分析结果，分析可知，合金晶界和晶界内析出相主要为MC(M为Ti元素)碳化物。2.2力学实验结果表2为ZGH3030合金800 高温拉伸力学结果。由表2可知，在横梁位移速率采用0.6 mm/min时，抗拉强度为154.0 MPa；当横梁位移速率采用1.2 mm/min时，抗拉强度为197.0 MPa，抗拉强度图1 ZGH3030合金金相照片：(a)低倍，(b)高倍Fig.1 Metallographic photographs of
15、 the ZGH3030 alloy:(a)low magnification,(b)high magnification表1母合金化学成分w/%Tab.1 Chemical composition of the ingots元素CCrTiNi检测值0.0921.00.30余Vol.44 No.03Mar.2023FOUNDRY TECHNOLOGY258 图3 ZGH3030合金力与位移速率曲线：(a)不同横梁位速率移对力-位移曲线的影响,(b)0.6 mm/min横梁位移速率拉伸过程中改变横梁位移速率对力-位移曲线的影响Fig.3 The force and displacement ra
16、tes curves of the ZGH3030 alloy:(a)the effect of different beam displacements rates on theforce-displacement curve,(b)the effect of changing beam displacements rates on the force-displacement rates curve during0.6 mm/min beam displacement rates drawing process表2 ZGH3030合金在800 下不同横梁位移速率下的力学性能Tab.2 Tensile strength of the ZGH3030 alloy at 800 with different beam displacement ratesbeam displacement rate/(mmmin-1)b/MPa0.6154.01.2197.02.0183.0图2 ZGH3030合金SEM照片及析出相的能谱分析结果：(ab)析出相SEM照片，(c)图(a)晶界处析出相能谱分
