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        不同熔煉工藝生產(chǎn)的GH4169高溫合金棒組織和性能研究

        發(fā)布時間 :2023-09-14 06:30:16 瀏覽次數(shù) :

        1、序言

        GH4169是一種Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型變形高溫合金,在650℃以下具有較高的強度和塑性、良好的抗疲勞和耐蝕性,是目前航空航天領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的高溫合金[1-3]。生產(chǎn)過程主要包括熔煉、均勻化處理、開坯鍛造、熱處理和機加工等工序[4],其中第一步的熔煉十分關(guān)鍵,將直接影響后續(xù)的工序,熔煉工藝的選擇需要在嚴格保證化學(xué)成分精確的前 提下,綜合考慮應(yīng)用對象、顯微組織、力學(xué)性能及生產(chǎn)成本等因素[5]。因此,本文研究并討論不同熔煉工藝生產(chǎn)的GH4169合金組織和性能的特點,為實際生產(chǎn)中合理地制定熔煉工藝提供參考。

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        2、試驗材料與方法

        2.1 試驗材料

        試驗采用的是江蘇隆達超合金航材有限公司分別通過雙聯(lián)熔煉工藝:真空感應(yīng)熔煉(VIM)+真空自耗重熔(VAR),三聯(lián)熔煉工藝:真空感應(yīng)熔煉(VIM)+氣氛保護電渣重熔(ESR)+真空自耗重熔(VAR)生產(chǎn)的GH4169合金φ430mm鑄錠,經(jīng)均勻化處理后,使用4500t快鍛機開坯鍛造成φ220mm毛坯棒材,再車加工成φ200mm成品棒材,其化學(xué) 成分見表1。

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        2.2 試驗方法

        在成品棒材頭部截取厚度為20mm的圓片,采用線切割沿圓片半徑的邊緣R/2、中心處取樣作為金相試樣,拉伸棒坯在R/2處取樣,如圖1所示。

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        試樣采用GH4169合金標(biāo)準(zhǔn)的熱處理工藝:固溶處理為加熱至960℃,保溫1h,空冷;時效處理為加熱至720℃,保溫8h,然后以50℃/h爐冷至620℃,保溫8h,空冷。

        金相試樣的檢測位置對應(yīng)圓片的徑軸向,經(jīng)熱鑲、研磨、拋光后,使用20m L鹽酸+20m L乙醇+1.5g硫酸銅進行化學(xué)腐蝕,采用ZEISS AxioImager A2m金相顯微鏡觀察顯微組織,使用ZEISSProImaging后處理軟件統(tǒng)計晶粒度。拉伸棒坯經(jīng)機加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣,按GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法》、GB/T228.2—2015《金屬材料 拉伸試驗 第2部分:高溫試驗方法》分別進行室溫拉伸試驗和高溫拉伸試驗。

        3、試驗結(jié)果

        3.1 顯微組織

        雙聯(lián)熔煉和三聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)的棒材邊緣、R/2、中心的顯微組織如圖2、圖3所示。

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        從圖2可看出,雙聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)的棒材邊緣呈現(xiàn)細小再結(jié)晶圍繞著變形拉長晶的不均勻組織,3.5級的晶粒占70%,9.5級的晶粒占30%。R/2處和中心處主要是均勻的等軸晶,R/2處晶粒度為9級,氮化物輕微偏聚。中心處晶粒度為7.5級,一些晶粒內(nèi)部伴有孿晶。

        從圖3可看出,三聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)的棒材各部位主要是均勻的動態(tài)再結(jié)晶組織,邊緣處晶粒度為10級,R/2處和中心處的晶粒度均為9.5級。雙聯(lián)和三聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)的棒材,沿晶界都有少量的δ相析出。

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        3.2 力學(xué)性能

        雙聯(lián)和三聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)的棒材的室溫和高溫拉伸性能見表2。從表2可看出,三聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)的棒材的屈服強度和抗拉強度均高于雙聯(lián)熔煉工藝。

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        4、討論

        雙聯(lián)和三聯(lián)熔煉工藝都采用了真空感應(yīng)熔煉和真空自耗重熔,真空感應(yīng)熔煉能夠得到組織致密、優(yōu)質(zhì)高純的電極棒,真空自耗重熔可以減輕鋼錠中Nb偏析[6]。三聯(lián)熔煉工藝中的保護氣氛電渣重熔使用氬氣將高溫電極及液態(tài)渣池與空氣隔離,有效降低了電渣錠中的氮含量,因此顯微組織中氮化物少,合金的純潔度高。研究表明,經(jīng)固溶和時效熱處理后,基體中析出的細小γ"強化相提高了合金強度,沿晶界析出的δ相能夠起到釘扎作用,阻礙晶粒的長大,促進動態(tài)再結(jié)晶的生成,因此雙聯(lián)和三聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)的棒材,室溫和高溫拉伸性能均滿足技術(shù)要求。

        5、結(jié)束語

        1)相比于雙聯(lián)熔煉工藝,三聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)的GH4169合金顯微組織中氮化物少,純潔度高,組織均勻。

        2)經(jīng)固溶和時效熱處理后,三聯(lián)熔煉工藝生產(chǎn)的棒材,屈服強度和抗拉強度優(yōu)于雙聯(lián)熔煉工藝。

        參考文獻:

        [1] 王巖,邵文柱,甄良.GH4169合金δ相的溶解行為及對變形機制的影響[J].中國有色金屬學(xué)報,2011,21(2):341-349.

        [2] 杜金輝,呂旭東,鄧群,等.固溶處理對IN718合金組織和力學(xué)性能的影響[J].稀有金屬材料與工程,2017,46(9):2359-2365.

        [3] 王建國,劉東,楊艷慧.GH4169合金非均勻組織在加熱過程中的演化機理[J].金屬學(xué)報,2016,52(6):707-716.

        [4] 田世藩,張國慶,李周,等.先進航空發(fā)動機渦輪盤合金及渦輪盤制造[J].航空材料學(xué)報,2003(S1):233-238.

        [5] 張勇,李佩桓,賈崇林,等.變形高溫合金純凈熔煉設(shè)備及工藝研究進展[J].材料導(dǎo)報,2018,32(9):1496-1506.

        [6] 趙長虹,張玉春,楊玉軍,等.真空自耗錠生產(chǎn)工藝對GH4169合金組織和力學(xué)性能的影響:“動力與能源用高溫結(jié)構(gòu)材料——第十一屆中國高溫合金年會”論文集[C].北京:冶金工業(yè)出版社,2007:131-134.

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