熱處理狀態對GH4698合金盤件組織和蠕變性能影響研究
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-12-22
GH4698合金是一種沉淀強化型鎳基高溫合金，在500～800℃范圍內具有高的持久強度和良好的綜合性能，已廣泛用于制造750℃以下使用的航空發動機高壓、低壓渦輪盤和導流盤等重要的核心轉動部件。
? ?GH4698合金是一種沉淀強化型鎳基高溫合金，在500～800℃范圍內具有高的持久強度和良好的綜合性能，已廣泛用于制造750℃以下使用的航空發動機高壓、低壓渦輪盤和導流盤等重要的核心轉動部件。這些零件旋轉運動產生的離心應力是其所受的主要載荷形式，且大都在高溫下長期使用，要求合金在長期高溫使用中保持組織穩定，因此合金的長時性能指標尤其是蠕變性能是盤件材料性能考核的重要指標，直接影響發動機的安全可靠性。
國內關于GH4698盤件的性能指標大多參考國外標準，而對于蠕變性能指標制定往往參考《航空材料手冊》三段熱處理的90mm方坯，由于90mm方坯料和盤鍛件的變形條件不同，其組織和性能有一定的差別。一般來說，90mm方坯料的力學性能會高于盤鍛件。研究人員通過對國內發動機用GH4698合金盤制件在三段熱處理和四段熱處理狀態下組織、650℃和750℃的塑性變形蠕變應力-壽命曲線以及750℃下全階段蠕變行為進行研究，獲得不同熱處理狀態下GH4698合金的盤件的微觀組織和蠕變性能。
采用的試驗用料為GH4698合金模鍛盤坯件，鍛制工藝流程如下：下料（Φ250mm×228mm）→墩餅（加熱溫度為1130℃，1火）→模鍛（加熱溫度為1120℃，1火）→熱處理（1120℃×8h/空冷+1000℃×4h/空冷+775℃×16h/空冷）。分別按標準中規定的三段（1100～1120℃，8h，空冷+1000℃，4h，空冷+775℃，16h，空冷）和四段熱處理制度（1100～1120℃，8h，空冷+1000℃，4h，空冷+775℃，16h，空冷+700℃，16h，空冷）進行處理后，從盤鍛件上弦向取樣。
在輪緣上取樣，制備金相試樣，腐蝕后在CS3100掃描電鏡下觀察顯微組織；蠕變性能試樣取自渦輪盤輪緣部位，弦向切取，并按M2504-N020加工試樣，其中，試樣標距段尺寸為Φ8mm×50mm。試驗結果表明：
（1）GH4698盤件三段熱處理下的顯微組織由γ'相和碳化物組成，晶內球狀γ'相有大小兩種尺寸，晶界有顆粒狀碳化物析出，晶內分布塊狀一次碳化物，晶界上存在γ'相貧化區。增加第四段熱處理后，顯微組織有所變化，晶內小γ'相尺寸有所增大，晶界γ'相貧化區的寬度明顯減小，晶界顆粒狀碳化物析出更加完善。
（2）盤件三段熱處理的650℃下0.1%和0.2%的蠕變極限高于四段熱處理，而四段熱處理的750℃下0.1%?和0.2%的蠕變極限高于三段熱處理。四段熱處理對提高750℃蠕變極限有利，且組織均勻性較好。
（3）對于此型機GH4698渦輪盤，750℃/382MPa下，盤鍛件的顯微組織和晶粒度的不均勻會造成蠕變性能較大波動，合理的蠕變性能驗收條件應為700℃/412MPa/100h下殘余應變≤0.2%。
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