镍基高温合金热变形行为及加工中的显微组织演化与相变行为研究进展

吴俊杰; 聂丽萍; 高振桓; 赵勇; 陈然; 高骥天; 武梓云; 龙老虎; 巩秀芳

doi:10.19806/j.cnki.fdsb.2026.05.001

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

镍基高温合金热变形行为及加工中的显微组织演化与相变行为研究进展

前沿综述与研究 | 更新时间：2026-09-10

- 镍基高温合金热变形行为及加工中的显微组织演化与相变行为研究进展
- Research Progress on Hot Deformation Behavior， Microstructural Evolution and Phase Transformation Behavior of Nickel-based Superalloys During Processing
- 发电设备 2026年40卷第5期页码：333-341
- 作者机构：
  
  1.清洁高效透平动力装备全国重点实验室，四川德阳 618000
  2.东方电气集团东方汽轮机有限公司，四川德阳 618000
  3.四川大学材料科学与工程学院，成都 610065
- 作者简介：
  
  吴俊杰（1994—），男，工程师，从事高温材料的设计制备、性能评价工作。E-mail：2572401389@qq.com
- 基金信息：
  
  四川省重大科技专项项目(2024ZDZX0039);四川省基础研究（前沿技术）领衔科学家项目(2024JDKXJ0002)
- DOI：10.19806/j.cnki.fdsb.2026.05.001
  中图分类号： TG146.1;
- 收稿：2025-10-31，
  
  修回：2025-12-08，
  
  纸质出版：2026-09-15
- 稿件说明：
移动端阅览
吴俊杰,聂丽萍,高振桓,等.镍基高温合金热变形行为及加工中的显微组织演化与相变行为研究进展[J].发电设备,2026,40(5):333-341.

WU Junjie,NIE Liping,GAO Zhenhuan,et al.Research Progress on Hot Deformation Behavior， Microstructural Evolution and Phase Transformation Behavior of Nickel-based Superalloys During Processing[J].POWER EQUIPMENT,2026,40(05):333-341.
吴俊杰,聂丽萍,高振桓,等.镍基高温合金热变形行为及加工中的显微组织演化与相变行为研究进展[J].发电设备,2026,40(5):333-341. DOI： 10.19806/j.cnki.fdsb.2026.05.001.

WU Junjie,NIE Liping,GAO Zhenhuan,et al.Research Progress on Hot Deformation Behavior， Microstructural Evolution and Phase Transformation Behavior of Nickel-based Superalloys During Processing[J].POWER EQUIPMENT,2026,40(05):333-341. DOI： 10.19806/j.cnki.fdsb.2026.05.001.

摘要

为阐明镍基高温合金的热变形行为及加工过程中的显微组织演化和相变行为，系统综述了镍基高温合金热变形领域的大量研究成果，阐释了高温合金的热变形能力、微观组织演化行为和合金力学性能的关系。分析结果表明：热加工工艺显著影响了镍基高温合金的γ'相析出行为和再结晶行为，从而显著影响力学性能。变形温度、应变、应变速率等热变形参数的变化使得高温合金由链状组织转变为再结晶组织。不连续动态再结晶（DDRX）、连续动态再结晶（CDRX）和孪生动态再结晶（TDRX）是镍基高温合金热加工中最主要的软化机制。最后，给出了镍基高温合金热加工的未来研究方向。

Abstract

To clarify the hot deformation behavior， microstructure evolution and phase transformation behavior of nickel-based superalloys during processing， extensive research achievements in the field of hot deformation of nickel-based superalloys were reviewed， and the correlations among hot deformability， microstructural evolution and mechanical properties of superalloys were elucidated. The analysis results show that hot metal working processes significantly affect the γ' phase precipitation behavior and recrystallization behavior of nickel-based superalloys， thereby remarkably influencing their mechanical properties. Changes in hot deformation parameters such as deformation temperature， strain and strain rate promote the transition of superalloys from chain-like microstructures to recrystallized microstructures. Discontinuous dynamic recrystallization， continuous dynamic recrystallization and twinning-induced dynamic recrystallization are the dominant softening mechanisms during hot working of nickel-based superalloys. Finally， future research directions for hot working of nickel-based superalloys were proposed.

关键词

Keywords

references

Nowotnik A . Nickel-based superalloys ［M］. Amster-dam ： Elsevier ， 2016 ： 1 .

Lypchanskyi O ， Śleboda T ， Zyguła K ， et al . Evalua-tion of hot workability of nickel-based superalloy using activation energy map and processing maps ［J］. Materi-als ， 2020 ， 13 （ 16 ）： 3629 .

Wu J F ， Jiang Y Q ， Deng W ， et al . The hot deformation behaviors and constitutive modeling of Hastelloy C276 ［J］. Materials Research Express ， 2023 ， 10 （ 2 ）： 026518 .

Chang Y L ， Hung F Y ， Lui T S . Enhancement of mechanical properties of hot-forged 6082 suspension parts via rapid IR heat treatment ［J］. Metals ， 2018 ， 8 （ 7 ）： 501 .

Mukhtarov S K ， Shakhov R V ， Ganeev A A ， et al . Microstructure and mechanical properties of a novel polycrystalline rhenium-containing nickel-based disc superalloy subjected to hot forging ［J］. IOP Conference Series： Materials Science and Engineering ， 2018 ， 447 （ 1 ）： 012055 .

Preisler D ， Janeček M ， Harcuba P ， et al . The effect of hot working on the mechanical properties of high strength biomedical Ti-Nb-Ta-Zr-O alloy ［J］. Materials ， 2019 ， 12 （ 24 ）： 4233 .

Shakhov R ， Ganeev A ， Mukhtarov S ， et al . Effect of heat treatment and hot working on microstructure and mechanical properties of a novel nickel base superalloy ［J］. Letters on Materials ， 2018 ， 8 （ 4 ）： 494 - 498 .

Yu L ， Lu Z ， Peng S B ， et al . Effects of hot rolling and annealing temperature on microstructure and tensile properties of a Zr-containing Ni-based ODS superalloy ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2022 ， 918 ： 165625 .

Raza S S ， Ahmad T ， Kamran M ， et al . Effect of hot rolling on microstructures and mechanical properties of Ni base superalloy ［J］. Vacuum ， 2020 ， 174 ： 109204 .

Rogachev S O ， Bazhenov V E ， Komissarov A A ， et al . Effect of hot rolling on structure and mechanical properties of Mg-Y-Zn-Mn alloys ［J］. Metals ， 2023 ， 13 （ 2 ）： 223 .

Jiang H ， Li L H ， Dong J X ， et al . Microstructure-based hot extrusion process control principles for nickel-base superalloy pipes ［J］. Progress in Natural Science： Materials International ， 2018 ， 28 （ 3 ）： 391 - 398 .

Xiao G F ， Zhu N Y ， Long J C ， et al . Research on precise control of microstructure and mechanical properties of Ni-based superalloy cylindrical parts during hot backward flow spinning ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2018 ， 34 ： 140 - 147 .

Guo X Z ， Li B ， Jin K ， et al . A simulation and experiment study on paraxial spinning of Ni-based superalloy tube ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2017 ， 93 （ 9 ）： 4399 - 4407 .

Kang M D ， Yu J W ， Wang J ， et al . Influence of drawing velocity on the inner quality of single-crystal superalloy ［J］. Journal of Materials Engineering and Performance ， 2020 ， 29 （ 5 ）： 2816 - 2826 .

Chen Z Y ， Yang S F ， Li J S ， et al . Effects of differ-ent hot working techniques on inclusions in GH4738 superalloy produced by VIM and VAR ［J］. Materi-als ， 2018 ， 11 （ 6 ）： 1024 .

Savaedi Z ， Motallebi R ， Mirzadeh H . A review of hot deformation behavior and constitutive models to predict flow stress of high-entropy alloys ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2022 ， 903 ： 163964 .

Yu H ， Wang J ， Qin H ， et al . Deformation behavior of a new Ni-Co base superalloy GH4251 during hot compression ［J］. Materials Research Express ， 2023 ， 10 （ 1 ）： 016511 .

Hu Y ， Li Y ， Fan W ， et al . Hot workability and microstructural evolution of a nickel-based superalloy fabricated by laser-based directed energy deposition ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2022 ， 920 ： 165373 .

Guo S L ， Wu S S ， Guo J T ， et al . An investigation on the hot deformation behavior and processing maps of Co-Ni-Cr-W-based superalloy ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2022 ， 74 ： 100 - 111

Li H Y ， Feng W ， Zhuang W H ， et al . Microstruc-ture analysis and segmented constitutive model for Ni-Cr-Co-based superalloy during hot deformation ［J］. Metals ， 2022 ， 12 （ 2 ）： 357 .

Li H Z ， Liu X G ， Zhang W W ， et al . Microstructure evolution and dynamic recrystallization mechanism during thermal deformation of GH4698 superalloy ［J］. Journal of Materials Science ， 2022 ， 57 （ 4 ）： 2969 - 2987 .

Lizzi F ， Pradeep K ， Stanojevic A ， et al . Hot deforma-tion behavior of a Ni-based superalloy with suppressed precipitation ［J］. Metals ， 2021 ， 11 （ 4 ）： 605 .

Zainullin R I ， Ganeev A A ， Shakhov R V ， et al . Mi-crostructure and mechanical properties of a nickel-base superalloy heavily alloyed with substitution elements ［J］. IOP Conference Series： Materials Science and Engi-neering ， 2020 ， 1008 （ 1 ）： 012008 .

Nowotnik A ， Sieniawski J . Effect of thermomechani-cal working on the microstructure and mechanical properties of hot pressed superalloy Inconel 718 ［C］// 7th International Symposium on Superalloy 718 and Derivatives . Warrendale，PA ： TMS ， 2010 ： 383 - 396 .

Zhang W W ， Liu X G ， Du Q ， et al . Microstructure evolution in GH4742 superalloy by combining hot deformation and heat treatment ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2023 ， 23 ： 13 - 35 .

Kumar S S S ， Raghu T ， Bhattacharjee P P ， et al . Evolution of microstructure and microtexture during hot deformation in an advanced P/M nickel base superalloy ［J］. Materials Characterization ， 2018 ， 146 ： 217 - 236 .

Pen H J ， Li D F ， Guo Q M ， et al . Effect of deforma-tion conditions on the dynamic recrystallization of GH690 alloy ［J］. Rare Metal Materials and Engineer-ing ， 2012 ， 41 （ 8 ）： 1317 - 1322 .

Chen X M ， Lin Y C ， Wen D X ， et al . Dynamic recrystallization behavior of a typical nickel-based superalloy during hot deformation ［J］. Materials & Design ， 2014 ， 57 ： 568 - 577 .

Momeni A ， Abbasi S M ， Morakabati M ， et al . A comparative study on the hot working behavior of Inconel 718 and ALLVAC 718 plus ［J］. Metallurgical and Materials Transactions A ， 2017 ， 48 （ 3 ）： 1216 - 1229 .

Alaneme K K ， Anaele J U ， Bodunrin M O . Hot de-formation processing of shape memory alloys： a review of effects on plastic flow behaviour， deformation mechanisms， and functional characteristics ［J］. Alex-andria Engineering Journal ， 2022 ， 61 （ 12 ）： 12759 - 12783 .

Chen X M ， Lin Y C ， Chen M S ， et al . Microstruc-tural evolution of a nickel-based superalloy during hot deformation ［J］. Materials & Design ， 2015 ， 77 ： 41 - 49 .

Jia Z ， Sun X ， Ji J J ， et al . Hot deformation behavior and dynamic recrystallization nucleation mechanisms of Inconel 625 during hot compressive deformation ［J］. Advanced Engineering Materials ， 2021 ， 23 （ 3 ）： 2001048 .

Lü S ， Jia C ， He X ， et al . Hot deformation character-istics and dynamic recrystallization mechanisms of a novel nickel-based superalloy ［J］. Advanced Engi-neering Materials ， 2020 ， 22 （ 12 ）： 2000622 .

Liu Y H ， Ning Y Q ， Yao Z K ， et al . Plastic deforma-tion and dynamic recrystallization of a powder metal-lurgical nickel-based superalloy ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2016 ， 675 ： 73 - 80 .

Zhang W ， Zhu B H ， Wu S S ， et al . Investigation into microstructure evolution of Co-Ni-Cr-W-based superalloy during hot deformation ［J］. Frontiers in Materials ， 2021 ， 8 ： 684985 .

Qin H Y ， Tian Q ， Zhang W W ， et al . Microstruc-ture evolution of GH4742 Ni-based superalloy during hot forming ［J］. Journal of Materials Engineering and Performance ， 2022 ， 31 （ 7 ）： 5652 - 5667 .

Ranjan R ， Gupta R K ， Kumar R R ， et al . High-temperature deformation behavior of superalloy XH43 ［J］. Journal of Materials Engineering and Perfor-mance ， 2024 ， 33 （ 2 ）： 879 - 895 .

Kong R ， Meng B ， Ma X ， et al . Hot deformation be-havior and microstructure evolution of Inconel 625 su-peralloy sheet ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2022 ， 915 ： 165367 .

Chen F ， Liu J ， Ou H G ， et al . Flow characteristics and intrinsic workability of IN718 superalloy ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2015 ， 642 ： 279 - 287 .

Chen L l ， Luo R ， Hou X L ， et al . Shear-compression flow behavior and thermoforming prop-erties of GH4169 superalloy ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2022 ， 308 ： 117728 .

Cao Y ， Zhang C H ， Zhang C ， et al . Effect of dynamic strain aging and precipitation on the hot deformation behavior of 253MA heat-resistant alloy ［J］. Journal of Materials Science ， 2019 ， 54 （ 2 ）： 1716 - 1727 .

Qu J L ， Xie X F ， Bi Z N ， et al . Hot deformation characteristics and dynamic recrystallization mechanism of GH4730 Ni-based superalloy ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2019 ， 785 ： 918 - 924 .

Zhou Z J ， Zhang R ， Cui C Y ， et al . Hot compression behaviors and deformation mechanisms of a Ni-Co-based superalloy with columnar grains ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2022 ， 833 ： 142370 .

Ouyang L X ， Luo R ， Gui Y W ， et al . Hot deforma-tion characteristics and dynamic recrystallization mechanisms of a Co-Ni-based superalloy ［J］. Materi-als Science and Engineering： A， 2020 ， 788 ： 139638 .

Pu E ， Zheng W ， Song Z ， et al . Effects of tempera-ture and strain rate on tensile deformation behavior of superalloy UNS N10276 ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2017 ， 699 ： 88 - 98 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

超临界CO2循环系统热力学性能仿真分析

冷气掺混对燃气轮机透平级性能影响的试验研究

气体燃料控制阀组执行机构特性分析

垃圾焚烧炉排烟温度控制与热效率优化研究

1 000 MW超超临界调峰机组燃料数智化管理核心设备升级改造与工程实践