热处理制度对GH4169G合金微观组织与蠕变性能的影响

对等温锻造GH4169G合金进行不同条件热处理和蠕变性能测试,研究热处理制度对合金组织与蠕变性能的影响。结果表明:经直接时效和标准热处理后,ITF-GH4169G合金中的δ相具有粒状或针状形态,其中,标准热处理期间合金中元素Fe和Cr富集于近晶界区域。与标准热处理合金相比,直接时效态合金在蠕变期间晶内发生位错的单取向或双取向滑移,可减缓应力集中、延迟裂纹的萌生与扩展。而标准热处理态合金中形成的针状δ相可削弱晶界的结合强度,并促使晶界处发生裂纹的萌生与扩展。

一种GH4169G合金的组织与蠕变行为

通过对等温锻造GH4169G合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了GH4169G合金的组织结构及蠕变行为。结果表明:经等温锻造和直接时效后,GH4169G合金晶粒具有不均匀特征,且在晶内存在孪晶,并有粒状δ相在晶内及沿晶界不连续析出,可改善晶界的结合强度。经不同条件蠕变性能测试后,根据稳态蠕变期间的应变速率,测定出合金在稳态期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=532.7 kJ/mol和n=12.1。合金在蠕变期间的变形特征是不同取向的孪晶变形和位错滑移,随蠕变进行,形变位错密度增加,且在晶界附近发生位错堆积,并产生应力集中,致使微裂纹在晶界处萌生及扩展,直至蠕变后期发生沿晶断裂。

热处理工艺对GH4169G合金组织与性能的影响

通过对等温锻造GH4169G进行不同工艺的热处理和组织形貌观察,研究了热处理工艺对合金组织与蠕变性能的影响。结果表明,GH4169G合金经直接时效处理后的组织结构由γ基体、γ'、γ''?及δ相组成,且晶粒尺寸约为10 μm^15 μm,并存在较多孪晶组织,其中,粒状δ相分布于晶内,而大量细小γ'和γ''强化相在晶内弥散析出,是使合金具有较好蠕变性能的主要原因。与直接时效处理合金相比,经标准热处理后,合金的晶粒尺寸无明显变化,组织结构仍由γ基体、γ'、γ''及δ相组成,但孪晶数量明显减少,且有块状和针状δ相沿晶界不连续析出,其中,元素Fe、Cr富集于近晶界区域,是使其δ相具有针状形态的主要原因。

晶粒组织对GH4169G合金持久性能的影响

研究了GH4169G合金锻造饼坯表层不完全再结晶组织和中间层完全再结晶组织对持久性能的影响。研究结果表明,在标准热处理状态下,具有混晶组织的表层合金比具有等轴晶组织的中间层合金持久性能差,δ相的析出数量、分布情况及晶粒组织变形协调能力是影响持久性能的主要原因。

GH4169G合金均匀化过程δ相的析出变化

在研究GH4169G合金准120mm铸锭均匀化制度基础上,介绍了验证合金均匀化效果的三种方法。分析铸态组织后,将试样进行不同程度的均匀化处理。通过文献结合实验确定δ相验证制度为910℃×14 h,AC。合金偏析严重时,δ相呈长针状分布在枝晶间,枝晶轴未析出区比例较大;合金均匀化改善时,枝晶间δ相析出面积增大,聚集程度降低,且针状相的长度减少过渡到棒状。均匀化程度更高时,枝晶轴基本上都有δ相析出,析出相呈棒状与粒状分布,主要差别在于枝晶轴/枝晶间析出量多少及部分区域聚集析出。完全均匀化,δ相呈粒状在晶粒内均匀析出,晶界仍有针状δ相析出。

GH4169G合金高强涡轮盘锻件的试制

以GH4169G高强涡轮盘为研究对象,在工业条件下成功试制出组织和性能满足技术标准要求的锻件。

GH4169G合金零件异常腐蚀区缺陷分析

针对生产中GH4169G合金零件低倍全面腐蚀时出现的异常腐蚀区,采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能量散射谱,对正常区域和异常腐蚀区的宏观、微观组织形貌及化学成分进行了对比分析。结果表明,异常腐蚀区为白斑缺陷;虽然该异常腐蚀区离散分布着富Ca和富Mg的氧化物颗粒,但氧化物颗粒未见聚集,由此判断该缺陷为"干净"白斑。强度类比评估表明,带白斑缺陷零件可满足阶段性试验要求,且试验后分解检查未发现零件异常。

GH4169G合金叶盘叶尖裂纹失效分析

针对GH4169G合金叶盘试验后1个叶片叶尖出现的裂纹,对裂纹叶片进行了断口和组织分析。得出裂纹的性质为高周疲劳,裂纹源区位于叶背侧亚表面,裂纹叶片叶尖处晶粒度为5.5级,不满足锻件检测要求,降低了高周疲劳性能。对与裂纹叶片邻近的多个叶片各部位进行组织分析,叶尖处均未达到平均晶粒度8级或更细的要求,δ相较少,距离裂纹叶片越远晶粒越细,叶身纵向晶粒从叶尖至叶根逐渐变细。复查该叶盘锻件的等温锻造工艺,叶片部位欠压过多,外缘周向最小尺寸偏小,导致叶片叶尖附近部位变形量不足,晶粒粗大。对锻造工艺进行优化,将最大锻造压力由5 000 t调整为8 000 t,预留欠压量由≤15 mm调整至≤10 mm。优化后的锻件充满模具,外缘尺寸符合锻件图纸要求,晶粒度符合技术要求,后续各批次中该问题未复现。

GH4169G合金高压后挡板锻件组织性能研究

某发动机用GH4169G变形高温合金高压后挡板锻件高温光滑持久性、缺口周期持久性及晶粒度未达到技术要求。为了探明锻件组织性能不合格的原因,对某批次后挡板缺口周期持久性不合格试样尺寸进行了检测和分析,对缺口周期持久性不合格试样断口附近高倍组织进行了检测,对锻件全截面高倍组织进行了检测分析。结果表明:GH4169G合金缺口周期持久性能对缺口非常敏感,缺口的半径大小对性能有很大影响,试样缺口半径小是该批锻件缺口周期持久性能不合格主要原因;高压后挡板锻件局部存在变形混晶组织并且大晶粒晶界处δ相贫化,这是高温持久性能不合格的原因。

GH4169G高温合金车削切削力与切削温度有限元仿真研究

为研究GH4169G高温合金车削用量及刀具几何特性对切削力和切削温度的影响规律,基于ABAQUS有限元仿真软件,通过依次改变切削深度、切削速度和刀具几何角度,获得不同参数组合下切削力和切削温度的变化规律,进一步揭示车削参数和刀具几何角度对GH4169G高温合金切削过程中热—力耦合作用的影响机理,从而对切削工艺参数和刀具特性进行优选。

GH4169G合金热处理期间的相转变特征与机理分析

通过组织形态观察和XRD分析,研究了热处理对GH4169G合金相组成和分布规律的影响.结果表明,在实验条件下,合金的组织结构由γ基体、粒状γ′相、圆盘状γ″相和δ相组成,且各相之间保持共格界面,其中,直接时效处理ITF-DA-GH4169G合金由少量γ′相、大量γ″相和γ基体组成,而长期时效处理ITF-DA-LTA-GH4169G合金由少量γ′相、大量γ″相和γ相及针状δ相组成.时效期间,随着合金中Nb原子扩散进入γ′相,使γ′相(001)面的Nb和Ni原子沿1/2〈110〉方向迁移,L1_2结构的γ′-Ni_3Al相可转变成DO_(22)结构的γ″-Ni_3Nb相.随时效时间延长,γ″相长大,γ″相单胞中的平行六面体沿特定晶面发生1/6〈112〉位移,促使γ″相转变成DO_a结构的δ-Ni_3Nb.其中,γ″相中的a,b轴与,γ基体和γ′相保持共格界面,可使其沿c轴生长成为圆盘状形态;而δ-Ni_3Nb相的{200}_δ晶面与γ基体的{111}_γ晶面保持共格界面,是促使δ相沿(100)晶面生长成为针状的主要原因.

GH4169G合金工业铸锭铸态组织研究

研究了P、B微合金化GH4169G合金Ф508mm工业铸锭的铸态组织,结果表明:合金铸锭中无黑斑和白斑等冶金缺陷,组织均匀。合金铸态组织中除析出常见的MC碳化物,Laves相,δ相外,还析出硼化物相。文章分析了合金的枝晶组织特征,以及P、B等合金元素的分布规律。

GH4169G合金锻件的显微组织

研究了GH4169G合金锻件典型部位的晶粒组织和δ相的析出特征。结果表明,锻件因受变形量与散热速率的影响,存在完全再结晶与不完全再结晶两种晶粒组织。变形量越大,散热速率越慢,再结晶越完全;δ相的析出数量与形貌在不同位置存在较大差异,随锻造温度降低与冷却速度增加δ相数量增多,尺寸增大。

GH4169G合金锻件条带缺陷微观检测及改进

GH4169G合金锻件在低倍组织检验时出现明暗相间的条带缺陷,对其进行微观检验。结果表明,条带暗处的δ-Ni3Nb相较正常部位明显富集,晶粒度偏大,条带组织的出现与碳化物、碳氮化物的偏聚无关。借助JMatPro对GH4169G合金凝固过程的相转变规律进行模拟计算,发现合金中Nb元素的平衡分配系数最小,为0.19,容易形成成分偏析,这是形成明暗条带缺陷的主要原因。将合金锭均匀化热处理由原来2段改为3段后,即1120℃×15h+1160℃×30h+1190℃×60h,合金条带缺陷消失。

熔速对氩气保护GH4169G合金电渣锭组织及夹杂物的影响

研究了熔速对氩气保护GH4169G电渣锭宏微观组织及非金属夹杂物的影响。结果表明:适当增加熔速有利于缩短铸锭的局部凝固时间,减小二次枝晶间距,从而细化枝晶组织,但对Nb、Ti等易偏析元素沿径向的宏观分布影响不大。熔速对GH4169G铸锭中的夹杂物类型影响较小,主要为氧化物、氟化物和氮化物三类。夹杂物在铸锭表面最多,向内部迅速减少并趋于稳态。铸锭内部夹杂物多以氧化物为核心,氮化物为次外层,碳化物为最外层的双层或三层结构。采用MeltFlow-ESR模拟方法,分析了熔速对重熔过程中夹杂物运动轨迹的影响,发现提高熔速有利于夹杂物向铸锭表面运动,降低铸锭表面夹杂物富集区的厚度和铸锭内部夹杂物的数量。此外,提高熔速有利于缩短夹杂物析出长大的时间,降低夹杂物尺寸。