GH738合金晶粒組織與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)性共5頁文檔

1、GH738合金晶粒組織與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)性DOI:10.16640/jki.37-1222/t.2017.11.040GH73裕金（Waspaloy）,是一種典型的妃相析出強化型鐐基高溫合金。具有良好的強韌化匹配性、抗疲勞蠕變交互性和高溫長時組織穩(wěn)定性等特性，被廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天及各種熱端部件1-2。國內(nèi)該合金前期主要用于地面煙機渦輪盤及葉片、航空封嚴環(huán)及緊固件，近年來，經(jīng)過一系列的工藝優(yōu)化，發(fā)展出了滿足航空發(fā)動機渦輪盤用的優(yōu)質(zhì)GH73哈金3。GH73裕金因其應(yīng)用領(lǐng)域不同，對其組織狀態(tài)和性能要求也不盡相同4。渦輪盤用GH738金需考察其強度和疲勞性能，兼顧一定的持久性能；而葉片用GH7

2、3裕金主要考察其持久及蠕變性能；緊固件用GH73裕金需考慮其缺口敏感性和應(yīng)力松弛性能。不同的晶粒組織和y'相的尺寸、含量及分布均對GH73裕金性能產(chǎn)生很大的影響，本文主要研究三種不同原始晶粒狀態(tài)（細晶、粗晶和混晶）的GH73昭金經(jīng)過相同條件熱處理后其不同條件下力學(xué)性能變化規(guī)律，為合金在不同領(lǐng)域應(yīng)用選材提供參考。1實驗材料及方法1.1實驗材料實驗用材料取自鍛態(tài)GH73昭金棒材，主要成分見表1。原始顯微組織如圖1（a）（f）所示。合金原始晶粒組織分為三組，如圖1（a）（c）所示，細晶組平均晶粒尺寸為24n混晶組約為30洲晶（約118mj）和70蟾田晶（約18,粗晶組平均晶粒尺寸為66m三組

3、晶粒組織合金對應(yīng)的基體原始Y相形貌如圖1(d)(f)所示，三組合金原始基體Y'相基本無差異，均存在三種尺寸Y'相，且三種尺寸Y'相均為邊緣帶鋸齒的近似球形，大尺寸一次y'相約300nm二次y'相在80nm左右，更小尺寸的三次y'相在20nm左右。多種尺寸的y'相是鍛造及冷卻過程中y'相多次爆發(fā)形核及長大的結(jié)果5。1.2驗方法三種不同晶粒組織的試樣經(jīng)過1020CX4hX油冷+845CX4hX空冷+760CX16hX空冷處理后，分別觀察晶粒組織、妃相、不同溫度拉伸和持久性能以及對應(yīng)斷口變化規(guī)律，拉伸和持久性能取雙樣以排除誤差波動干擾。

4、2實驗結(jié)果及分析2.1熱處理對顯微組織的影響Y 經(jīng)過相同制度的熱處理之后，GH73裕金晶粒尺寸如圖2(a)(f)所示，三組試樣晶粒尺寸基本不變，基體中y'相經(jīng)過回溶和再析出后，有兩種尺寸的y'相，g?相為均勻球形，且三種原始晶粒尺寸的實驗組中'相含量、尺寸和分布基本無差異，一次Y相均勻分布于晶界和晶內(nèi)，平均尺寸仍為300nm二次y'相平均尺寸為45nm,無更小尺寸的三次相。說明經(jīng)過相同制度的熱處理后，三組試樣晶粒尺寸基本與鍛態(tài)相同，三組之間析出相無明顯差異，一次Y'相尺寸相對鍛態(tài)基本無變化，二次Y相尺寸減小，更小更密集的二次Y'相有利于提高合金拉

5、伸強度、持久壽命和疲勞性能6-72.2原始晶粒組織對拉伸性能的影響圖3(a)和(b)分別為熱處理后三組試樣的室溫拉伸、535C拉伸及815C拉伸性能。隨著拉伸溫度的升高，三組試樣強度逐漸下降，815C以下，三者強度順序均為。細晶。混晶。粗晶，因混晶組織中18細晶比例約占70%所以在815C以下，三組試樣強度遵循Hall-Petch效應(yīng)。而815C拉伸抗拉強度和屈服強度三組幾乎相同，此時，三者不再遵循Hall-Petch關(guān)系，初步斷定815C接近實驗用GH73裕金的等強溫度。圖4(a)(i)分別為熱處理后三組試樣的室溫拉伸、535C拉伸及815C拉伸斷口。可以看出，室溫下三種組織拉伸試樣斷口均為

6、準解理斷口，細晶組準解理撕裂棱比較小，有大部分穿晶斷裂；粗晶組織斷口撕裂棱較多，但也有部分穿晶斷裂現(xiàn)象；而混晶組織斷口介于兩者之間。室溫下，三組拉伸試樣斷口與晶粒尺寸明顯相關(guān)。535C拉伸下，三組組織拉伸試樣呈典型的穿晶斷口形貌，但韌窩較細小，可以看到夾雜物斷裂源。而815C拉伸條件下，三組試樣拉伸斷口均為穿晶-沿晶混合斷口，且韌窩均為等軸韌窩，粗晶斷口上可以看到部分凸起的晶界。從斷口結(jié)果可以說明，室溫及535C條件下，試驗用GH73裕金晶界強度高于晶內(nèi)強度，拉伸以準解理或穿晶方式斷裂，而815C條件下，三者均以穿晶-沿晶混合方式斷裂，證明此時晶界與晶內(nèi)強度相當，該溫度接近合金的等強溫度。2.

7、3原始晶粒組織對持久性能的影響圖5為三種組織實驗合金730C/550MPa815C/295MPa組合持久壽命結(jié)果，所測試的試樣均斷在光滑段，說明合金經(jīng)過上述制度熱處理后，無缺口敏感性。另外，730C/550MPa條件下，持久壽命r細晶i混晶i粗晶，而815C條件下，三者持久壽命相當。蠕變持久變形可通過多種機制產(chǎn)生，控制蠕變的形變機理因試驗溫度和應(yīng)力的不同而不同8。低溫大應(yīng)力條件下，合金持久蠕變主要變形機制是晶內(nèi)位錯運動機制。由2.2節(jié)可知，低于815C條件下，晶界強度高于晶內(nèi)強度，因此，730C條件下，合金變形機制主要為晶內(nèi)位錯運動機制。該條件下持久壽命受合金強度影響較大，隨粗晶百分比含量的增

8、大，合金強度降低，持久壽命也隨之降低，從圖3和圖4結(jié)果可以看出730C/550MPa持久壽命與室溫及535C拉伸強度變化趨勢基本一致。高溫低應(yīng)力條件下，合金持久蠕變主要變形機制是晶界滑動。此時，合金的持久壽命隨粗晶百分比含量的增大而增加。而815C接近實驗用GH738合金的等強溫度，此時合金晶界和晶內(nèi)強度相當，因此合金持久蠕變變形機制受晶內(nèi)位錯運動和晶界滑動的影響程度相當，因此，815C條件下，三組實驗用合金拉伸強度和持久壽命均基本無差異。3結(jié)論隨溫度升高，實驗用GH73哈金拉伸斷裂方式由室溫拉伸的準解理斷裂轉(zhuǎn)變到535C拉伸的穿晶韌斷最后到815C拉伸的穿晶-沿晶混合斷裂。(1) 815C接近實驗用GH73昭金的等強溫度，該溫度下，不同原始晶粒組織合金強度基本相同。815C以下，合金晶粒組織與強度呈顯著的Hall-Petch關(guān)系。(2) 低溫高應(yīng)力下，GH73哈金蠕變持久變形機制表現(xiàn)為與細晶強化相一致的晶內(nèi)位錯運動機制；高溫低應(yīng)