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G3合金管材生產(chǎn)工藝:1 熱軋成型 2熱擠壓成型 ( G3合金高溫塑性差，熱成型溫度范圍窄，變形抗力較大，在1150℃~1220℃左右時，合金的熱塑性最好，因此G-3合金管材生產(chǎn)主要采用熱擠壓工藝成型。坯料在擠壓筒中的熱變形是熱擠壓成型中的關(guān)鍵技術(shù)，也是G-3合金管材生產(chǎn)的瓶頸)

在高溫奧氏體區(qū)變形的金屬，隨著變形量的增大，加工硬化過程和高溫動態(tài)軟化過程(動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶)同時進(jìn)行。

Ⅰ 加工硬化階段(0<ε<εc)

當(dāng)塑性變形小時，位錯密度不斷增加，變形抗力也不斷增加直到最大值。另一方面，由于材料在高溫下變 形，變形中產(chǎn)生的位錯能夠在熱加工過程中通過交滑移和攀移等方式運動，使部分位錯消失，部分重新排列，造成奧氏體的回復(fù)。由于位錯的增值速度相對來說與變形量無關(guān)，而位錯的消失速度則與位錯密度值有關(guān)。因此當(dāng)變形量逐漸增大時，位錯密度也增大，位錯消失速度也增大，反映在真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線上隨著變形量增大加工硬化速度減慢，但是總的趨向在第一階段還是超過動態(tài)軟化，因此隨著變形量增加變形應(yīng)力不斷增加。

Ⅱ 開始再結(jié)晶階段(εc<ε<εs)

在第一階段動態(tài)軟化抵消不了加工硬化，隨著變形量的增加金屬內(nèi)部畸變能不斷升高，達(dá)到一定程度后在奧氏體中將發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。通過大角度晶界的移動，位錯大量消失，位錯原來集聚的地方形成新的晶粒。隨著變形的繼續(xù)進(jìn)行，在熱加工過程中不斷形成再結(jié)晶核心并繼續(xù)成長直到完成一輪再結(jié)晶，變形應(yīng)力降到最低值。發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶需要一個最低的變形量，稱為動態(tài)再結(jié)晶的臨界變形量，以εc表示，εc幾乎與真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線上峰值應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)變量εp相等，一般εc≈0.8-0.9εp。

Ⅲ 穩(wěn)定變形階段(ε>εs)

動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生后，隨著變形的繼續(xù)，一方面再結(jié)晶繼續(xù)發(fā)展，使金屬軟化;另一方面已發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的晶粒又承受新的變形，產(chǎn)生加工硬化。這兩個過程同時進(jìn)行，達(dá)到平衡時，流變應(yīng)力近似不變，使真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線近似水平。這種情況稱為連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶如。如果變形溫度較高，變形速率較小，則第三階段的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線可能出現(xiàn)波浪式變化，稱為間斷動態(tài)再結(jié)晶。

(1) 動態(tài)回復(fù)

動態(tài)回復(fù)常常發(fā)生在一些層錯能較高的金屬的熱塑性變形過程中，如鋁及鋁合金，工業(yè)純鐵、鐵素體鋼以及鋅、鎂、錫等金屬。這類金屬在熱塑性變形時，其位錯的交滑移和攀移比較容易進(jìn)行，因此一般認(rèn)為動態(tài)回復(fù)是這類材料熱加工過程中唯一的軟化機制，即使在遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度下進(jìn)行熱加工，通常也只有動態(tài)回復(fù)而不發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。動態(tài)回復(fù)過程中發(fā)生的組織演化主要是點缺陷、位錯的消除和重排以及亞晶的形成。動態(tài)回復(fù)的發(fā)生降低了變形畸變能，減小了動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的驅(qū)動力，動態(tài)再結(jié)晶過程受到一定抑制或根本不發(fā)生。

當(dāng)熱變形以動態(tài)回復(fù)機制進(jìn)行時，其組織主要呈現(xiàn)以下特征:原始晶粒沿變形方向被拉長，亞晶呈等軸性并且亞晶內(nèi)位錯密度很低;其真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線是一個逐漸增大直至達(dá)到一穩(wěn)態(tài)流變階段的曲線，沒有峰值應(yīng)力。動態(tài)回復(fù)機制發(fā)生的溫度一般在0.4-0.6Tm。動態(tài)回復(fù)后的金屬位錯密度高于相應(yīng)的冷變形后靜態(tài)回復(fù)的密度。

(2) 動態(tài)再結(jié)晶

動態(tài)再結(jié)晶可以分為兩種:連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶和斷續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。金屬在變形中全部發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶后，繼續(xù)變形一定程度后才開始發(fā)生第二輪動態(tài)再結(jié)晶，為斷續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。反之，前一輪動態(tài)再結(jié)晶結(jié)束之前，在已發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的部分中，繼續(xù)變形，又重新發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，則為連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。斷續(xù)動態(tài)再結(jié)晶一般發(fā)生在變形溫度很高，應(yīng)變速率極低的情況下，在大部分的變形條件下發(fā)生的都是連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。

動態(tài)再結(jié)晶是在變形過程中形核和長大的。變形停止，動態(tài)再結(jié)晶就停止。動態(tài)再結(jié)晶的形核方式與靜態(tài)再結(jié)晶類似，需要滿足 "尺寸和取向的差別"條件，即要求再結(jié)晶核心的尺寸要達(dá)到一定的臨界尺寸，一般為1-3μm;同時要求再結(jié)晶核心至少有一個大角度晶界。因此，動態(tài)再結(jié)晶的優(yōu)先形核位置一般在應(yīng)變集中的微區(qū)，如原始晶界、析出相周圍、孿晶界面等。動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大的驅(qū)動力是新晶粒與原始晶粒間的畸變能差。動態(tài)再結(jié)晶過程的最大特點是新晶粒內(nèi)部的畸變能還要隨著變形的進(jìn)行而增大，所以在再結(jié)晶晶粒的長大過程中，長大驅(qū)動力隨變形的進(jìn)行不斷減小，最終晶粒停止長大，達(dá)到一定的穩(wěn)定尺寸。所以當(dāng)熱變形達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，其晶粒尺寸也呈穩(wěn)定的分布。

動態(tài)再結(jié)晶能夠細(xì)化原始粗大奧氏體組織，得到新的畸變程度較小的晶粒，因此動態(tài)再結(jié)晶在熱加工中有著非常重要的應(yīng)用。通常在動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生前會有不同程度的動態(tài)回復(fù)發(fā)生，降低一部分的畸變能，但此時畸變能還是在增大的。隨著變形的進(jìn)行，當(dāng)應(yīng)變達(dá)到臨界應(yīng)變時，積累的大量畸變能便會引發(fā)動態(tài)再結(jié)晶，隨著再結(jié)晶的發(fā)生，位錯大量消除，畸變能降低。當(dāng)全部畸變組織被新的再結(jié)晶晶粒占據(jù)時，再結(jié)晶過程結(jié)束。

晶粒尺寸主要受變形溫度、應(yīng)變速率以及第二相的影響。在變形過程沒有晶界第二相時變形溫度的提高和應(yīng)變速率的降低，動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸變大。溫度和應(yīng)變速率的綜合影響可以用Zener-Hollomn因子表示。

動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸隨著Z因子的增大而減小，隨Z因子的減小而增大。金屬在熱變形時如有細(xì)小分散的第二相存在(如鋼中的碳化物，高溫合金中的金屬間化合物)，會阻礙晶界移動，起抑制動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大的作用。

(3) 亞動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶以及晶粒長大

亞動態(tài)再結(jié)晶是動態(tài)再結(jié)晶核心在應(yīng)變結(jié)束后的晶粒長大。靜態(tài)再結(jié)晶是在變形后在高位錯密度區(qū)(如晶界、形變帶)形成的沒有應(yīng)變的新核心的形核與長大。再結(jié)晶完成后，在高溫繼續(xù)停留時，晶界會繼續(xù)遷動，但遷動的速度比較慢，大晶粒吞并小晶粒，這叫做晶粒長大。晶粒長大的驅(qū)動力不再是畸變能而是界面能。靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶的不同在于，靜態(tài)再結(jié)晶強烈的依賴于形變量和溫度，較少依賴于應(yīng)變速率，但是亞動態(tài)再結(jié)晶對應(yīng)變不敏感，溫度略有影響，主要受應(yīng)變速率的控制。

亞動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶以及晶粒長大是金屬在熱變形后的高溫停留時間或變形間隙中發(fā)生的，可以統(tǒng)稱為后動態(tài)再結(jié)晶。動態(tài)再結(jié)晶與后動態(tài)再結(jié)晶構(gòu)成了金屬在熱變形過程和變形間隙以及變形后期的組織演化，建立合適的動態(tài)再結(jié)晶以及后動態(tài)再結(jié)晶模型對于制定不同金屬材料的熱加工參數(shù)、熱變形組織的控制幫助十分重大。

G3鎳基耐蝕合金以抗液體介質(zhì)(室溫，有時也可高于室溫)腐蝕能力為其主要性能。含鎳量一般不超過70%，主要添加Cu,Cr,Mo,Fe,W等，以適應(yīng)各種不同化學(xué)性質(zhì)的工作介質(zhì)。其主要合金化原理如下:

鎳:基體元素，具有非常好的延展性，面心立方結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠容納大量的合金元素。對堿溶液有極佳的抵抗能力。

鋁:作為脫氧劑，冶煉時去除熔化金屬的氧。

碳:有害元素，會導(dǎo)致碳化物的形成，造成晶界敏化，降低腐蝕性能。

鉻:主要的合金元素，增強對氧化性溶液(如硝酸，鉻酸)的抵抗能力，同時增強對局部腐蝕的抵抗能力(如點蝕、縫隙腐蝕)。

銅:增強對非氧化性溶液的抵抗能力(如鹽酸、稀硫酸)。

鐵:在滿足使用性能的情況下用來降低成本，但是使用鐵質(zhì)模具和廢料來生產(chǎn)就不可避免包含一些鐵的成分。

鎢和鉬:增強對氧化性溶液的抵抗能力(如鹽酸、稀硫酸)，增強對局部腐蝕的抵抗能力。

鈮和釩:原來用于固定碳元素。

硅:有害元素，原材料冶煉中帶過來，要盡可能的降低，硅會穩(wěn)定碳化物和金屬間化合物，如σ相、μ相。

G3合金再結(jié)晶后，隨著保溫時間的延長，奧氏體晶粒發(fā)生了長大和粗化，有的晶界部分有二次再結(jié)晶生 成并發(fā)生長大;晶粒度隨著溫度的增高長大粗化的更明顯，這是因為隨著溫度升高，位錯密度減小，晶界遷移速率變快，晶粒長大速度變大;在其它變形條件相同的條件下，初始晶粒度大小和再結(jié)晶后的晶粒大小沒有必然的聯(lián)系，總體來說初始晶粒度越大再結(jié)晶晶粒越大，但長大規(guī)律不明顯;在其它變形條件一定的情況下，隨著應(yīng)變速率的升高，再結(jié)晶晶粒變細(xì)，這是因為在其它變形條件相同的情況下，應(yīng)變速率越高，變形后的位錯密度越大，再結(jié)晶的驅(qū)動力越大，形核率也越高，因而再結(jié)晶晶粒越多，晶粒尺寸越小;隨著變形溫度升高，晶粒尺寸增加較大，其原因是在其它變形條件相同的情況下，變形溫度越高，材料的位錯密度越小，導(dǎo)致再結(jié)晶時形核率減少;同時溫度越高再結(jié)晶的晶粒的長大速度越快，后形核的再結(jié)晶核來不及長大就被先長大的大晶粒吞并，從而再結(jié)晶過程中能長大的晶粒數(shù)減少，再結(jié)晶晶粒變粗。