N12160高温合金热压缩变形行为和加工图

蔡增 董洪波 王喆鑫

摘  要：该文所研究的N12160合金等温热压实验是在Gleeble-3500热模拟试验机上进行的。获得了N12160合金在应变速率为0.01～5s-1、变形温度为950℃～1200℃条件下的真应力-真应变曲线。该文采用Arrhenius方程描述了该合金的流变应力行为，同时基于动态材料模型（DMM）建立了N12160合金在不同应变量下的热加工图研究。结果表明：在热压缩变形过程中，流变应力随应变速率的增加而增加，随变形温度的增加而减小。根据热加工图以及微观组织观察得出N12160合金适宜热加工区域的变形参数为：ε=0.02～0.6s-1，T=1000℃～1080℃和=0.2～2s-1，T=1080℃～1200℃。

关键词：N12160合金  流变应力  本构方程  加工图

中图分类号：TG146.1+5    文献标识码：A 文章编号：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合金是一种Ni-Co-Cr-Si高温合金，其特点是抗氧化性高、耐腐蚀性强，同时它的机械性能也较为良好。由于该合金对硫化及其他恶劣高温环境（使用温度可达1200℃）有很好的抵抗能力，主要用于化工、环境治理和核工业等。目前，大多数关于N12160合金的研究都是针对它的腐蚀性进行的，但很少有关于其热变形行为和热加工工艺的研究报道。

该文将对N12160合金进行等温热压缩实验，通过分析该合金在热变形期间流变应力的变化情况，构建合金的本构方程和建立基于动态材料模型（DMM）的加工图。同时以加工图为基础研究了在不同的变形参数下，N12160合金的高温变形特点和组织演变的规律，从而为N12160合金热加工工艺的发展提供合理的参考。

1  实验材料及方法

该文设计的热压缩实验变形温度：950、1000、1050、1100、1150和1200℃，应变速率：0.01、0.1、1.0、3.0、5.0s-1，试样的真应变为0.92。实验所用N12160合金棒料尺寸为Φ8×12mm，成分（质量分数）为：Co28.47%、Cr28.02%、Si2.82%、Fe1.49%、Ti0.58%、Mn0.439%，剩余为Ni。该实验在真空下进行，为了使试样内部温度能够一致，将试样以5℃/s的加热速度加热至所需的温度并保温3min，然后压缩。热压缩结束后，立即将其通过水冷的方式冷却至室温。对压缩后的试样切割、研磨、抛光后侵蚀，然后放在金相显微镜下观察其变形后的微观组织。

2  实验的结果和分析

2.1 N12160合金真应力-真应变曲线

N12160合金在不同变形条件下的真应力-真应变曲线如图1所示。从图中可以看出，由于在变形的初始阶段加工硬化的作用，N12160合金的流變应力都呈现出快速上升的现象。随着变形量的增加，此时合金发生了动态再结晶，当硬化速率与软化速率一致时，该合金的流变应力达到峰值。随着合金压缩量的继续增大，应力逐渐降低直至稳定。比较同一温度不同应变速率下的流变应力可以得出：流变应力随着应变速率的增加而增加。而在相同的应变速率下，流变应力随着变形温度的增加而减小。

2.2 N12160合金热压缩变形流变本构方程

人们通过建立流变应力与应变速率、变形温度、变形量等热加工参数之间的函数关系即本构模型，来描述金属的高温变形行为，它表征了金属材料变形中的动态响应[1-2]。该文将通过Arrhenius函数来构建N12160合金的本构方程。

2.3.2 N12160合金热加工图及分析

采用三次多项式拟合lnσ与的关系参数，按上述公式计算可以获得合金在不同的加工参数下的功率耗散效率η和稳定性函数ξ（）。该文利用Matlab软件编写程序，先绘制出ξ（）小于零的区域即变形失稳区，后绘制了材料功率耗散图。然后将它们重叠在一起便得到了该合金的热加工图。图5即为N12160合金在真应变（ε）为0.92所对应的加工图。