热处理状态对GH4698合金盘件组织和蠕变性能影响研究
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2015-12-22
GH4698合金是一种沉淀强化型镍基高温合金，在500～800℃范围内具有高的持久强度和良好的综合性能，已广泛用于制造750℃以下使用的航空发动机高压、低压涡轮盘和导流盘等重要的核心转动部件。
GH4698合金是一种沉淀强化型镍基高温合金，在500～800℃范围内具有高的持久强度和良好的综合性能，已广泛用于制造750℃以下使用的航空发动机高压、低压涡轮盘和导流盘等重要的核心转动部件。这些零件旋转运动产生的离心应力是其所受的主要载荷形式，且大都在高温下长期使用，要求合金在长期高温使用中保持组织稳定，因此合金的长时性能指标尤其是蠕变性能是盘件材料性能考核的重要指标，直接影响发动机的安全可靠性。
国内关于GH4698盘件的性能指标大多参考国外标准，而对于蠕变性能指标制定往往参考《航空材料手册》三段热处理的90mm方坯，由于90mm方坯料和盘锻件的变形条件不同，其组织和性能有一定的差别。一般来说，90mm方坯料的力学性能会高于盘锻件。研究人员通过对国内发动机用GH4698合金盘制件在三段热处理和四段热处理状态下组织、650℃和750℃的塑性变形蠕变应力-寿命曲线以及750℃下全阶段蠕变行为进行研究，获得不同热处理状态下GH4698合金的盘件的微观组织和蠕变性能。
采用的试验用料为GH4698合金模锻盘坯件，锻制工艺流程如下：下料（Φ250mm×228mm）→墩饼（加热温度为1130℃，1火）→模锻（加热温度为1120℃，1火）→热处理（1120℃×8h/空冷+1000℃×4h/空冷+775℃×16h/空冷）。分别按标准中规定的三段（1100～1120℃，8h，空冷+1000℃，4h，空冷+775℃，16h，空冷）和四段热处理制度（1100～1120℃，8h，空冷+1000℃，4h，空冷+775℃，16h，空冷+700℃，16h，空冷）进行处理后，从盘锻件上弦向取样。
在轮缘上取样，制备金相试样，腐蚀后在CS3100扫描电镜下观察显微组织；蠕变性能试样取自涡轮盘轮缘部位，弦向切取，并按M2504-N020加工试样，其中，试样标距段尺寸为Φ8mm×50mm。试验结果表明：
（1）GH4698盘件三段热处理下的显微组织由γ'相和碳化物组成，晶内球状γ'相有大小两种尺寸，晶界有颗粒状碳化物析出，晶内分布块状一次碳化物，晶界上存在γ'相贫化区。增加第四段热处理后，显微组织有所变化，晶内小γ'相尺寸有所增大，晶界γ'相贫化区的宽度明显减小，晶界颗粒状碳化物析出更加完善。
（2）盘件三段热处理的650℃下0.1%和0.2%的蠕变极限高于四段热处理，而四段热处理的750℃下0.1% 和0.2%的蠕变极限高于三段热处理。四段热处理对提高750℃蠕变极限有利，且组织均匀性较好。
（3）对于此型机GH4698涡轮盘，750℃/382MPa下，盘锻件的显微组织和晶粒度的不均匀会造成蠕变性能较大波动，合理的蠕变性能验收条件应为700℃/412MPa/100h下残余应变≤0.2%。
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