23Co13Ni11Cr3Mo(AerMet100)超高强度钢高温变形奥氏体晶粒的演化规律
起落架是飞机的重要承力构件,其工作条件恶劣,承受巨大冲击载荷,对构件组织性能提出了严苛要求,其晶粒度要求大于8级(AMS6532A)。超高强钢具有 好的强度、硬度、断裂韧性及延展性,其抗拉强度超过2000MPa,断裂韧性达到110MPa·m1/2,是制备起落架的 材料。美国起落架的制备工艺为整体模锻成型,锻造成形过程中形成沿锻件轮廓流线,同时材料发生动态再结晶,细化晶粒,提高了产品力学性能。
23Co13Ni11Cr3Mo钢是我国新型超高强钢(相当于美国的AerMet100)。23Co13Ni11Cr3Mo钢起落架锤上整体模锻成形研制结果表明:材料变形抗力大,锻件变形程度小,静态再结晶晶粒较大,经常出现晶粒度不合格现象,拟在800MN巨型液压机上慢速压制整体模锻成形。为此,采用大变形、等温恒速率压缩热模拟实验研究不同变形条件下23Co13Ni11Cr3Mo钢奥氏体晶粒演化规律,得出获得均匀细晶组织的锻造区间,建立奥氏体晶粒尺寸模型,从而为800MN水压机上进行高性能起落架研制提供理论指导。
实验材料为某厂提供的棒材。通过线切割加工成Φ8mm×12mm的圆柱体试样。等温压缩实验在Gleeble 1500热模拟试验机上进行,试样两端涂抹固体润滑剂(石墨和机油混合物)以减小摩擦。整个加热过程在真空环境进行以免试样氧化。试样以10K/s的速率加热至1449.15K保温5min,然后以5K/s速率冷却至设定温度,保温30s进行奥氏体区等温恒速率压缩,变形程度为60%,变形结束后立即水淬。变形温度分别为1173.15、1223.15、1273.15、1323.15和1373.15K,变形速率分别为0.001、0.01、0.1和1s-1。变形试样采用线切割沿轴线剖开,经磨平、机械抛光、化学腐蚀显示原始奥氏体晶界,腐蚀剂采用过饱和苦味酸水溶液,环境温度25℃。在Leica DMI5000M上观察其纵剖面中心位置的显微组织,采用Image-Pro Plus根据单圆截点法(GB/T6394-2002)在试样中心部位完全再结晶区域进行奥氏体晶粒尺寸统计(稳态奥氏体晶粒尺寸)。
结果表明:(1)温度1173.15~1373.15K,应变速率0.001~0.1s-1范围内,23Co13Ni11Cr3Mo钢稳态奥氏体晶粒尺寸对数与变形温度倒数、应变速率对数呈线性关系。应变速率增大至1s-1时,发生孪晶变形,改变了该钢动态再结晶行为;(2)该钢在温度1273.15~1323.15K,应变速率0.01~0.1s-1范围内进行热锻成形可获得细晶组织:晶粒尺寸小于18μm,动态再结晶体积分数大于70%;(3)该钢热锻过程稳态奥氏体晶粒尺寸对数与Z参数对数呈线性关系lnD=13.81-0.28956lnZ,模型具有较高精度,预测值与实验值吻合较好,为该钢形变晶粒细化提供了理论依据。
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