GH为Ni—Fe基变形高温合金,其合金的组织结构主要由7基体,7相,丫”相和碳化物组成,由于在高温下具有优异的力学和蠕变性能、良好的热工艺和焊接性能,已被广泛应用于航空、航天、石油、化工及能源等各个领域。
GH合金经等温锻造(IsothermalTemper—atureForging,ITF)热变形后,随应用条件不同,可采用多种工艺进行热处理,如:标准热处理,直接时效热处理等E43。一些研究表明1,等温锻造合金经直接时效热处理(DirectAging,DA)后,可获均匀的化学成分和晶粒尺寸,因而,合金在近℃具有良好的力学、抗蠕变性能及较好的裂纹扩展抗性。
随航空发动机功率及热效率的提高,要求发动机使用材料有更高的承温能力和蠕变抗力。加入微量元素P和B,可提高GH合金的承温能力和蠕变抗力],因为添加的微量P,B,可促使较多颗粒状6相沿晶界弥散析出,可提高合金中晶界的结合强度,抑制晶界滑移lg。特别是当微量P,B在晶内偏聚时,可在近位错区域产生铃木气团,阻碍位错运动,降低合金在稳态蠕变期间的应变速率口],从而改善合金的蠕变抗力。P,B的交互作用不仅可提高晶界的结合强度,也可使合金晶内的强度显著增加L】”],并延长蠕变的第三阶段。
据此,坚木特种合金通过对一种含微量P,B的GH合金采用等温锻造热变形工艺进行直接时效热处理,然后进行不同条件的蠕变性能测试,结合组织形貌观察,研究合金在蠕变期间的变形与断裂机制,为GH合金的开发与应用提供一定理论依据。
实验材料与方法
采用真空感应炉熔铸GH母合金锭,将母合金锭坯切割成较小锭坯后,采用真空感应炉重新熔炼,并加入微量元素P,B,化学成分见表1,重新铸成1Okg的GH合金锭,将GH合金锭坯进行等温锻造,其中,等温锻造的初锻温度为℃,终锻温度为℃,等温锻造的变形量为45,锻后经空气冷却至室温。
然后,采用线切割将锻坯加工成40ram×30mm×14ram的方坯,并对等温锻造合金方坯进行直接时效热处理。将方坯在箱式电阻炉中加热至℃保温8h后,以5O℃/h的速率随炉冷却至℃,保温8h后,空冷。等温锻造后经直接时效处理合金称为ITFDA—GH合金。
ITF—DA—GH合金经线切割加工成横断面为4.5mm×2mm,标距25ram的片状蠕变试样。将试样进行机械研磨和抛光后,置于GWT型高温/持久蠕变试验机中进行不同条件的蠕变性能测试,并绘制蠕变曲线。热处理及蠕变断裂后的试样,经抛光和化学腐蚀后,在SEM下进行组织形貌观察。蠕变断裂后合金经机械研磨至50~60p.m,经双喷电解减薄,在TEM下观察合金的微观变形特征,研究合金在蠕变期间的变形与断裂行为。
结论
(1)等温锻造GH合金经直接时效处理后。沿晶界析出的大量粒状相可抑制晶界的滑移,提高晶界的结合强度.使合金在℃/MPa条件下的蠕变寿命为h。在实验的温度和应力范围内,测量出合金的蠕变激活能为.okJ/mol。
(2)合金蠕变期间的的变形机制是位滑移和孪晶变形,其中,沿界析出的粒状碳化物,可抑制品界滑移.是使合金具有较好蠕变抗力的主要原因。
(3)随蠕变进行.合金中位错发生单取向和双取向滑移.位错滑移至晶界受阻,形成的位错塞积。可引起应力集中.促使合金裂纹在与应力轴垂直的晶界处萌生.并沿晶界扩展,是合金在蠕变期间的断裂机制。
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