GH738合金晶粒组织与力学性能的关联性共5页文档

1、GH738合金晶粒组织与力学性能的关联性DOI:10.16640/jki.37-1222/t.2017.11.040GH73裕金（Waspaloy）,是一种典型的妃相析出强化型镣基高温合金。具有良好的强韧化匹配性、抗疲劳蠕变交互性和高温长时组织稳定性等特性，被广泛应用于石油化工、航空航天及各种热端部件1-2。国内该合金前期主要用于地面烟机涡轮盘及叶片、航空封严环及紧固件，近年来，经过一系列的工艺优化，发展出了满足航空发动机涡轮盘用的优质GH73哈金3。GH73裕金因其应用领域不同，对其组织状态和性能要求也不尽相同4。涡轮盘用GH738金需考察其强度和疲劳性能，兼顾一定的持久性能；而叶片用GH7

2、3裕金主要考察其持久及蠕变性能；紧固件用GH73裕金需考虑其缺口敏感性和应力松弛性能。不同的晶粒组织和y'相的尺寸、含量及分布均对GH73裕金性能产生很大的影响，本文主要研究三种不同原始晶粒状态（细晶、粗晶和混晶）的GH73昭金经过相同条件热处理后其不同条件下力学性能变化规律，为合金在不同领域应用选材提供参考。1实验材料及方法1.1实验材料实验用材料取自锻态GH73昭金棒材，主要成分见表1。原始显微组织如图1（a）（f）所示。合金原始晶粒组织分为三组，如图1（a）（c）所示，细晶组平均晶粒尺寸为24n混晶组约为30洲晶（约118mj）和70蟾田晶（约18,粗晶组平均晶粒尺寸为66m三组

3、晶粒组织合金对应的基体原始Y相形貌如图1(d)(f)所示，三组合金原始基体Y'相基本无差异，均存在三种尺寸Y'相，且三种尺寸Y'相均为边缘带锯齿的近似球形，大尺寸一次y'相约300nm二次y'相在80nm左右，更小尺寸的三次y'相在20nm左右。多种尺寸的y'相是锻造及冷却过程中y'相多次爆发形核及长大的结果5。1.2验方法三种不同晶粒组织的试样经过1020CX4hX油冷+845CX4hX空冷+760CX16hX空冷处理后，分别观察晶粒组织、妃相、不同温度拉伸和持久性能以及对应断口变化规律，拉伸和持久性能取双样以排除误差波动干扰。

4、2实验结果及分析2.1热处理对显微组织的影响Y 经过相同制度的热处理之后，GH73裕金晶粒尺寸如图2(a)(f)所示，三组试样晶粒尺寸基本不变，基体中y'相经过回溶和再析出后，有两种尺寸的y'相，g?相为均匀球形，且三种原始晶粒尺寸的实验组中'相含量、尺寸和分布基本无差异，一次Y相均匀分布于晶界和晶内，平均尺寸仍为300nm二次y'相平均尺寸为45nm,无更小尺寸的三次相。说明经过相同制度的热处理后，三组试样晶粒尺寸基本与锻态相同，三组之间析出相无明显差异，一次Y'相尺寸相对锻态基本无变化，二次Y相尺寸减小，更小更密集的二次Y'相有利于提高合金拉

5、伸强度、持久寿命和疲劳性能6-72.2原始晶粒组织对拉伸性能的影响图3(a)和(b)分别为热处理后三组试样的室温拉伸、535C拉伸及815C拉伸性能。随着拉伸温度的升高，三组试样强度逐渐下降，815C以下，三者强度顺序均为。细晶。混晶。粗晶，因混晶组织中18细晶比例约占70%所以在815C以下，三组试样强度遵循Hall-Petch效应。而815C拉伸抗拉强度和屈服强度三组几乎相同，此时，三者不再遵循Hall-Petch关系，初步断定815C接近实验用GH73裕金的等强温度。图4(a)(i)分别为热处理后三组试样的室温拉伸、535C拉伸及815C拉伸断口。可以看出，室温下三种组织拉伸试样断口均为

6、准解理断口，细晶组准解理撕裂棱比较小，有大部分穿晶断裂；粗晶组织断口撕裂棱较多，但也有部分穿晶断裂现象；而混晶组织断口介于两者之间。室温下，三组拉伸试样断口与晶粒尺寸明显相关。535C拉伸下，三组组织拉伸试样呈典型的穿晶断口形貌，但韧窝较细小，可以看到夹杂物断裂源。而815C拉伸条件下，三组试样拉伸断口均为穿晶-沿晶混合断口，且韧窝均为等轴韧窝，粗晶断口上可以看到部分凸起的晶界。从断口结果可以说明，室温及535C条件下，试验用GH73裕金晶界强度高于晶内强度，拉伸以准解理或穿晶方式断裂，而815C条件下，三者均以穿晶-沿晶混合方式断裂，证明此时晶界与晶内强度相当，该温度接近合金的等强温度。2.

7、3原始晶粒组织对持久性能的影响图5为三种组织实验合金730C/550MPa815C/295MPa组合持久寿命结果，所测试的试样均断在光滑段，说明合金经过上述制度热处理后，无缺口敏感性。另外，730C/550MPa条件下，持久寿命r细晶i混晶i粗晶，而815C条件下，三者持久寿命相当。蠕变持久变形可通过多种机制产生，控制蠕变的形变机理因试验温度和应力的不同而不同8。低温大应力条件下，合金持久蠕变主要变形机制是晶内位错运动机制。由2.2节可知，低于815C条件下，晶界强度高于晶内强度，因此，730C条件下，合金变形机制主要为晶内位错运动机制。该条件下持久寿命受合金强度影响较大，随粗晶百分比含量的增

8、大，合金强度降低，持久寿命也随之降低，从图3和图4结果可以看出730C/550MPa持久寿命与室温及535C拉伸强度变化趋势基本一致。高温低应力条件下，合金持久蠕变主要变形机制是晶界滑动。此时，合金的持久寿命随粗晶百分比含量的增大而增加。而815C接近实验用GH738合金的等强温度，此时合金晶界和晶内强度相当，因此合金持久蠕变变形机制受晶内位错运动和晶界滑动的影响程度相当，因此，815C条件下，三组实验用合金拉伸强度和持久寿命均基本无差异。3结论随温度升高，实验用GH73哈金拉伸断裂方式由室温拉伸的准解理断裂转变到535C拉伸的穿晶韧断最后到815C拉伸的穿晶-沿晶混合断裂。(1) 815C接近实验用GH73昭金的等强温度，该温度下，不同原始晶粒组织合金强度基本相同。815C以下，合金晶粒组织与强度呈显著的Hall-Petch关系。(2) 低温高应力下，GH73哈金蠕变持久变形机制表现为与细晶强化相一致的晶内位错运动机制；高温低应