고온 합금의 핫 프로세싱에서 미세 구조 및 특성의 진화에 관한 연구

고온 합금은 고온 환경에서 안정적인 성능을 유지하는 특수 금속 합금 클래스입니다. 고온, 높은 응력 및 부식성 환경을 포함한 가혹한 조건에서 우수한 기계적 특성과 내식성을 유지하도록 설계되었습니다. 고온 합금은 1 차 합금 원소에 따라 니켈 기반, 코발트 기반 및 철 기반 합금으로 분류 할 수 있습니다. 이 합금은 뛰어난 고온 강도, 산화 저항 및 크리프 저항으로 인해 항공 우주, 에너지 및 기타 산업에서 널리 사용됩니다.

1. 고온 합금을 위한 뜨거운 가공 기술

고온 합금에 대한 고온 처리의 1.1 분류

(1) 핫 롤링: 핫 롤링은 고온 합금을위한 일반적인 소성 변형 공정입니다. 합금 빌릿을 고온에서 압연 공장을 통과하여 모양을 변경하고 입자 구조를 개선합니다. 열간 압연은 재료의 가소성을 향상시키고 변형 저항을 줄이며 내부 결함을 효과적으로 제거합니다. 압연 온도와 속도를 제어함으로써 재료의 특성을 맞춤화하여 최종 제품에서 우수한 기계적 성능과 미세 구조를 보장 할 수 있습니다.

(2) 고온 압출: 고온 압출은 고온 합금 빌릿을 압출 기계에 넣고 고온 하에서 압출 압력을 적용하여 원하는 모양을 얻는 것을 포함합니다. 고온 압출은 재료 밀도 및 균일성을 증가시키고, 입자 크기를 감소시키며, 이로써 인장 강도 및 열 내식성을 향상시킨다. 또한 내부 공극 및 결함을 제거하여 전반적인 재료 성능을 향상시킬 수 있습니다.

(3) 핫 형성: 핫 포밍은 고온 합금 빌릿을 고온에서 금형에 넣고 금형의 변형 작용을 통해 원하는 모양을 얻는 공정입니다. 핫 포밍은 복잡한 부품 생산에 적합합니다. 형성 온도 및 속도를 제어함으로써, 재료의 입자 구조 및 기계적 특성이 최적화될 수 있다. 이 공정은 고온 합금 부품의 성형 정밀도와 표면 품질을 향상시키는 독특한 이점을 제공합니다.

고온 가공 기술의 선택은 고온 합금의 미세 구조 및 최종 특성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 다양한 가공 조건 하에서 재료의 진화에 대한 심층적 인 연구는 상당한 이론적 및 실제적 중요성을 가지고 있습니다.

핫 처리 매개 변수의 영향 1.2

(1) 온도: 고온 가공의 온도는 고온 합금의 미세 구조 및 특성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 적절한 가공 온도는 재결정을 촉진하고, 입자 구조를 최적화하며, 재료 가소성과 인성을 향상시킨다. 고온에서는 재료 흐름이 향상되어 변형 중 응력 농도가 감소하고 입자 파단이 방지됩니다. 그러나, 지나치게 높은 온도는 급속한 입자 성장을 야기하여 재료 강도 및 내열성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 정확한 온도 제어는 고온 합금의 성능을 보장하는 데 중요한 단계입니다.

(2) 변형률: 변형률은 고온 가공 중 단위 시간당 재료가 겪는 소성 변형의 양을 말한다. 올바른 변형 속도를 선택하면 입자 변형 및 재결정 동작을 제어하는 데 도움이됩니다. 낮은 변형 속도는 보다 균일한 입자 구조를 촉진하고 재결정화의 가능성을 증가시켜 재료 가소성을 개선시킨다. 그러나, 매우 낮은 변형 속도는 낮은 생산 효율을 초래할 수 있다. 높은 변형 속도는 생산성을 향상 시키지만 입자 파괴 및 고르지 않은 입자 경계 슬라이딩을 유발하여 재료 특성에 영향을 줄 수 있습니다.

(3) 변형 양: 변형량은 소성 변형의 정도를 말한다.일반적으로 변형 비율 또는 압축 비율과 같은 매개 변수로 표현되는 고온 처리 중 적절한 변형량은 고온 합금의 강도와 경도를 효과적으로 향상시켜 크리프 저항을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 과도한 변형은 입자 파괴와 입자 경계 미끄러짐으로 이어져 재료 인성을 감소시킬 수 있습니다.

2. 고온 합금의 고온 처리 중 미세 구조의 진화

2.1 재결정화 및 곡물 성장

(1) 재결정 메커니즘: 재결정은 고온 합금의 고온 가공에서 중요한 미세 구조 진화 현상입니다. 그것은 고온 조건에서 원래의 곡물을 새롭고 미세한 곡물로 대체하는 것을 포함합니다. 이 메커니즘은 주로 내부 응력의 방출과 격자 결함의 재배치를 포함합니다. 고온에서 격자 결함의 에너지는 더 낮아서 응력 하에서 결정 내의 전위 및 결함의 재 배열로 이어져 새로운 입자를 형성합니다.

(2) 곡물 성장에 영향을 미치는 요인: 곡물 성장은 온도, 변형 속도 및 합금 조성을 포함한 여러 요인에 의해 영향을받습니다. 더 높은 온도는 격자 결함의 이동 및 응집을 촉진하여 입자 성장을 유도합니다. 변형 속도가 증가하면 결정 내에서 더 많은 전위가 발생하여 입자 성장을 방해하기 때문에 입자 성장을 방해 할 수 있습니다. 합금 조성의 변화는 또한 입자 성장 거동에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 미량 원소를 추가하면 입자 경계 이동을 방해하여 입자 크기 및 분포에 영향을 줄 수 있습니다.

2.2 강수 및 단계의 해산

(1) 2 차 상 강수의 유형: 2 차 상 침전은 고온 합금의 고온 가공에서 중요한 미세 구조 진화 현상입니다. 2 차 상은 1 차 매트릭스의 일부가 아닌 입자 또는 입자 경계 근처에서 형성되는 상을 나타냅니다. 2 차 상 침전의 유형은 주로 용질 침전, 전위 하부 구조 및 입자 경계 변환을 포함합니다. 용질 침전은 합금 내의 용질 원자의 과포화에 의해 야기되는 고온 합금에서 일반적이다. 고온에서 합금의 용질 원자는 입자 내에서 또는 입자 경계 근처에서 안정적인 2 차 상을 형성하여 재료 강도, 경도 및 크리프 저항에 영향을 미칩니다.

(2) 고온 합금에서의 상 용해 조건: 고온 합금에서의 상 용해는 고온에서 고체 상태 조건 하에서 일부 상이 용해되는 공정을 지칭한다. 이 현상은 일반적으로 고온 합금의 열처리 또는 열처리 중에 발생합니다. 상 용해 조건은 합금 조성, 온도 및 시간을 포함한다. 고온 합금의 상이한 조성은 상 용해에 대한 다양한 온도 범위 및 속도를 갖는다. 상 용해를 위한 조건을 제어하면 재료의 강도, 가소성 및 열 안정성을 조절할 수 있으며, 이는 고성능 고온 합금을 제조하는데 중요하다.

격자 결함의 2.3 변화

(1) 탈구 밀도: 전위 밀도는 고온 합금의 고온 처리 중 격자 결함의 중요한 매개 변수로 재료 가소성과 강도에 직접 영향을 미칩니다. 전위는 결정 내의 라인 결함이며, 그 밀도는 단위 부피 당 전위의 수를 나타냅니다. 고온에서, 운동 a전위의 생성이 크게 증가하여 전위 밀도의 변화를 초래합니다. 적절한 전위 밀도는 결정 가소성을 향상시키지만, 과도하게 높은 전위 밀도는 불균일한 슬라이딩 및 결정 파괴를 유발하여 재료 인성을 감소시킬 수 있다.

(2) 곡물 경계 공학 및 분리: 곡물 경계는 고온 합금의 특성에 상당한 영향을 미치는 결정 사이의 경계입니다. 곡물 경계 엔지니어링은 재료 성능을 향상시키기 위해 입자 경계의 분포 및 특성을 제어하는 것을 포함합니다. 핫 프로세싱 동안, 입자 경계 이동 및 분리가 종종 발생한다. 곡물 경계 이동은 입자 성장 및 재결정으로 이어질 수있는 반면, 입자 경계 분리는 합금에서 원소의 고르지 않은 분포를 유발할 수 있습니다. 곡물 경계 공학의 적절한 제어는 고온 가공 중 고온 합금 재료의 엔지니어링 요구 사항을 충족시키는 데 중요합니다.

3. 고온 합금의 뜨거운 가공 중 특성의 진화

기계적 특성의 3.1 변화

(1) 인장 강도: 인장 강도는 고온 합금의 고온 처리 중 인장력에 대한 재료의 저항성을 나타내는 주요 성능 지표입니다. 고온 처리가 진행됨에 따라 입자 구조 및 격자 결함의 변화는 인장 강도에 직접적인 영향을 미칩니다. 적절한 고온 가공 기술은 결정 구조를 최적화하고 전위 밀도를 증가시켜 인장 강도를 향상시킬 수 있습니다. 그러나 과도한 가공은 입자 성장 및 격자 결함의 축적을 유발하여 인장 강도를 감소시킬 수 있습니다.

(2) 수율 강도: 수율 강도는 인장 시험 중에 재료가 소성 변형을 받기 시작하는 응력 수준이며 또 다른 중요한 기계적 특성 매개 변수입니다. 고온 합금의 고온 처리 동안, 항복 강도는 전형적으로 격자 구조의 변화에 따라 발전한다. 적절한 고온 처리 조건은 전위 밀도 및 입자 경계 공학과 같은 요소를 제어하여 수율 강도를 높이는 데 도움이됩니다. 그러나, 과도하게 높은 처리 온도 또는 속도는 입자 경계 분리 및 입자 성장을 유도하여 항복 강도를 감소시킬 수 있다.

(3) 신장: 신장 (longation) 은 인장 시험 중 파손 전에 재료가 연장 될 수있는 백분율을 말하며, 소성 변형 능력을 나타냅니다. 고온 합금의 열간 가공 중에 신장은 격자 결함 및 입자 구조의 변화와 밀접한 관련이 있습니다. 적절한 고온 가공은 균일 한 결정 구조 형성을 촉진하여 재료 신장을 증가시킵니다. 그러나 과도한 처리는 고르지 않은 입자 경계 슬라이딩 및 파손을 유발하여 신장을 줄일 수 있습니다.

열 안정성의 3.2 진화

(1) 열 피로 수명: 열 피로 수명은 순환 열 적재 하에서 고온 합금 성능의 중요한 지표입니다. 고온 처리 동안, 입자 재결정, 상 형성 및 용해, 격자 결함의 변화는 모두 열 피로 수명에 영향을 줄 수 있습니다. 적절한 재결정화 및 그레인 제어는 재료 인성을 향상시켜 열 피로 수명을 연장시킵니다. 상 형성 및 용해는 또한 응력 분포 및 열 전도성을 변화시킴으로써 열 피로 수명에 영향을 줄 수 있다. 뜨거운 가공이 재료에 미치는 영향을 고려하여 고온 합금의 열 피로 수명을 개선하기 위해 적절한 열처리 전략을 개발할 수 있습니다.

(2) 산화 행동: 고온 합금 재료는 고온 환경에서 산화되기 쉽기 때문에 산화 거동이 중요한 성능 지표가됩니다. 핫 프로세싱 동안, 그레인 재결정, 상 형성 및 용해, 및 격자 결함의 변화는 모두 산화 거동에 영향을 미칠 수 있다. 적절한 재결정화 및 격자 결함의 제어는 고밀도 산화물 보호 층을 형성하여 내산화성을 향상시키는 데 도움이됩니다. 단계 형성 및 용해는 지역 str산화 거동에 영향을 미치는 점상 비 균일 성. 고온 가공 중에 적절한 대기 제어 및 표면 처리 조치를 구현함으로써 고온 합금 재료의 산화 속도를 효과적으로 감소시켜 수명을 연장 할 수 있습니다.

크리프 저항의 3.3 변화

(1) 크리프 메커니즘: 크리프는 고온에서 특정 응력 하에서 고온 합금 재료의 소성 변형 현상입니다. 핫 프로세싱 동안, 그레인 재결정, 상 형성 및 용해, 및 격자 결함의 변화는 모두 크리프 메커니즘에 영향을 미칠 수 있다. 재결정화는 물질 가소성을 증가시키는 데 도움이되지만 과도한 재결정화는 입자 성장으로 이어져 크리프 내성을 약화시킬 수 있습니다. 2 차 상의 형성 및 용해는 재료의 고온 안정성 및 크리프 성능에 영향을 미칠 수 있다. 적절한 고온 가공 기술은 입자 경계를 제어하고 상 구조를 최적화함으로써 재료 강도 및 크리프 저항을 향상시킬 수 있습니다.

(2) 크리프 조건: 크리프 조건은 재료가 크리프 변형을 겪는 응력 및 온도 수준을 지칭한다. 고온 처리 동안, 입자 재결정, 상 형성 및 용해, 격자 결함의 변화는 모두 재료의 크리프 조건에 영향을 미친다. 적절한 재결정화는 재료 가소성을 증가시켜 크리프 감수성을 감소시킵니다. 상 형성 및 용해는 또한 응력 분포 및 열 안정성을 변화시킴으로써 물질의 크리프 조건에 영향을 줄 수 있다. 뜨거운 가공이 재료에 미치는 영향을 고려하여 고온 합금의 크리프 저항을 최적화하기 위해 적절한 가공 및 열처리 전략을 개발할 수 있습니다.

4. 결론 및 전망

고온 가공은 고온 합금 재료의 제조에서 중요한 단계이며, 미세 구조 및 특성의 진화에 상당한 영향을 미칩니다. 재료 성능에 대한 고온 처리 기술 및 조건의 영향을 깊이 이해함으로써 제조업체는 고온 처리 매개 변수를 최적화하고 제품 품질을 개선하며 고온 합금에 대한보다 효율적인 제조 기술을 개발할 수 있습니다.

향후 연구 방향에는 위상 변환 및 격자 결함 제어에 중점을 둔 핫 프로세싱 매개 변수와 미세 구조의 진화 간의 관계에 대한 심층적 인 연구가 포함됩니다. 또한, 고온 등압 압착 및 레이저 가열과 같은 고급 고온 가공 기술의 적용을 탐구하면 고온 합금 재료의 성능과 품질을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 항공 우주, 에너지 및 기타 산업의 증가하는 요구를 충족시킵니다.