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GH2036合金盘坯亮斑问题及解决方法研究
GH2036合金主要用于600℃~650℃的涡轮盘,合金是以VC、M23C6为主要强化相的铁基高温合金,并含有少量的Mo、Nb,合金的自身特点碳化物较多,易形成碳化物偏析,形成亮斑状缺陷。科研人员主要从锻造工艺入手,改善合金的碳化物偏析问题。
选取存在亮斑的盘件,将亮斑部位局部解剖,在亮斑部位取样对亮斑组织采用高倍分析、JSM-5600LV扫描电镜+INCA能谱仪进行分析,分析亮斑组织具体成分组成及分析形成原因。
对正常区与“亮斑”区进行选区成分对比分析,GH2036合金亮斑中富Mo、V和Cr等,主要以M6C、Laves等相形式的存在于晶界上,且数量多,尺寸大。亮斑区和正常区有不同形状的析出物,正常组织的析出物为颗粒状,它弥散分布在枝晶内部为VC相,而亮斑区域的颗粒状析出相主要表现为由枝晶内往晶界处密集析出,也有少量弥散分布在枝晶间的片状相之间。亮斑区中的颗粒比正常区颗粒大而多,而且有不少小颗粒已经聚集或长大成大颗粒。
GH2036合金靠体积分数约1%的二次VC颗粒分布在奥氏体基体进行沉淀强化,并有可能形成M23C6、M6C和MC。M23C6中M是以Cr元素为主,有少量的Fe、Mo、Ni取代部分Cr原子。其存在的温度范围650℃~1100℃,因此一次M23C6型碳化物基本在锻造过程中溶解,然后时效过程中析出均匀细小的二次M23C6;M6C在高温合金中存在温度为760℃~1150℃,在含大量Mo和W的合金中形成,资料认为Mo+1/2W≥6%,就能形成M6C,否则形成M23C6;因此M23C6和M6C 都不是GH2036合金中形成亮斑的主要碳化物。可推断GH2036合金中亮斑形成原因主要以MC为主,并有部分氮化物和碳氮化物,通过能谱分析结果来看,M主要是Nb、V、Mo和残余Ti等。一次MC形成在合金凝固过程中,非常稳定,具有穿晶和沿晶形态,大量分布在枝晶间。资料显示,要使一次NbC完全固溶到奥氏体基体中,至少需要1190℃的温度和一定的时间,并且GH2036合金中残余的N元素同样与Nb形成NbN,其与NbC性质类似。因此要使一次MC完全固溶到基体至少需要1200℃的温度和一定时间。为了在锻造过程中充分破碎一次碳化物,GH2036合金采用多次镦粗拔长锻造工艺。考虑到其在1200℃时塑性最佳,锻造工艺在多次镦拔过程中间火次增加一次高温锻造,锻造加热温度≥1200℃,并长时间保温,使钢锭中的一次MC充分固溶到基体中。
采用多火次镦拔,中间火次高温锻造的方式生产的GH2036合金盘坯经低倍检验,无大块亮斑现象,并且超声波探伤结果大幅度改善,可以间接说明组织均匀性有所改善。试验分析表明:
(1)GH2036合金低倍亮斑形成原因主要是一次MC和氮化物的偏聚。
(2)通过增加中间高温锻造道次,使碳化物在锻造过程中先溶解再弥散析出,可以有效消除GH2036合金锻件上的亮斑。作为值得信赖的合作伙伴和高品质金属合金的半成品供应商,艾荔艾拥有完善的服务体系和专业的团队。在同客户交易的过程中,我们力求根据不同的应用需求将我们的产品做到精益求精。针对当前和未来的市场需求,艾荔艾致力于为客户提供最佳的金属材料解决方案。
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