兩種高性能鎳基高溫合金長期時效后的組織演化與力學行為.pdf

1、本文結合國家科技攻關項目“Ал-31φ發(fā)動機用GH4199合金研制”和“750-850℃難變形高性能高溫合金盤材的研制”對GH4199合金及GH4586A合金進行不同溫度下上千小時的長期時效熱處理以及其室溫、高溫瞬時拉伸、高溫持久、室溫沖擊性能的測試。通過SEM、TEM及物理化學相分析等方法觀察和分析合金的顯微組織變化。著重研究了合金長期時效后的組織演化與力學性能間的關系，為合金的安全使用及改進提供理論依據和應用參考。獲得主要結論如下：

2、 GH4199合金在600℃時效，隨時效時間的延長，γ'相總量逐漸增加，700℃、800℃時效時效1000h總量為25.4(mass％)，900℃隨時效時間延長，γ'相總量逐漸減少，時效1000h，γ'相總量為14.0％。γ'相尺寸隨時效溫度的提高及時間的延長有長大趨勢。800℃時效1000h，平均半徑為56nm，而900℃時效1000h平均半徑為187nm。GH4199合金元素含量(mass％)W與Mo的比值接近2，經長期時效

3、處理后發(fā)現γ'相中W與Mo的比值大于4，以上表明W強化γ'相的作用比Mo更有效。 GH4199合金經長期時效后，首次發(fā)現TCP相(μ相、σ相)析出。μ相是在800℃和900℃時效1000h后析出，在700℃和900℃經長期時效有少量析出；σ相是在700℃和800℃時效1000h后析出，在650℃和900℃時效1000h后沒有析出。經相計算，合金的電子空位數在2.33-2.35，高于鎳基合金μ相電子空位數的臨界值2.30，但低于σ

4、相電子空位數的臨界值2.52。SEM觀察表明TCP相析出于基體和碳化物，來自基體是由于Cr、Mo、W偏聚造成的。 GH4199合金與俄產Эп199合金在相同時效溫度長期時效條件下對比實驗表明，兩種合金在顯微組織和力學性能上是相當的，GH4199合金可以在發(fā)動機非轉動件上使用。 在750℃時效500h、1000h、1500h、2000h后，GH4586A合金中的γ'相總量在31.2-32.7(mass％)，保持較高水平。室

5、溫拉伸強度、高溫拉伸強度(σb、σ0.2)、高溫拉伸塑性、持久壽命均可達到指標要求，但室溫拉伸塑性(δ5、Ψ)在1500h后已達不到要求，室溫沖擊性能隨時效時間延長單調下降，由17.50降到3.12(J/cm2)，合金的綜合性能達不到工程要求。 由物理化學相分析可知，GH4586A合金經750℃時效500h、1000h、1500h、2000h和800℃時效500h、1000h、1500h，進γ''相中Al、Ti、Co、Cr、Mo

6、、W元素的數量基本不變，與這些元素在合金中的含量相比有很大的不同，發(fā)現Cr、Co、Mo、W大量存在于γ固溶體中，W比Mo進入γ'相中更多些(GH4199合金也是如此，GH4199合金是高W合金，GH4586A合金是高Mo合金)。 經長期時效處理后的GH4586A合金發(fā)現有TCP相存在，在750℃時效1500h、2000h；800℃時效1000h、1500h；850℃時效500h的試樣，經SEM觀察均存在針狀相，經TEM觀察及衍射

7、分析證明針狀相為μ相和σ相，利用物理化學相分析和TEM微區(qū)能譜對其定量分析加以驗證。μ相的結構式為(Ni，Co，Cr)7(Mo，Cr，W)6；σ相的結構式為(Cr，Mo，W)9(Ni，Co)5。研究了GH4586A合金經長期時效后，μ相析出動力學，證明μ相以針狀或片狀機制長大。其動力學方程為：f=1-exp[-k(T)tn]。式中f為μ相轉變的質量分數；t為等溫轉變時間；k(T)為與溫度有關的常數；n為等溫溫度指數。 用相計算得

8、出GH4586A合金長期時效后的電子空位數為2.339-2.372，小于σ相析出的臨界值2.52，不應出現σ相而出現了，電子空位數理論不能說明這種反?，F象。說明電子空位數理論不夠精確，特別是元素的電子空位數值給得不夠準確，主要原因是γ'相析出后合金中大量的Cr、Mo、Co被排出在γ'相之外的γ相中，這些元素的偏聚會引起TCP相析出。GH4586A合金第二階段的研究應下調這些元素的含量。渦輪盤(轉動件)材料必須對TCP相的析出加以控制。