GH4096合金固溶冷却方式对性能和残余应力的影响

为了在保证GH4096合金主要力学性能的前提下,降低薄壁类零件用锻件的内部残余应力,提高零件加工过程的尺寸控制精度,研究空冷,风冷,油冷,盐浴等固溶冷却方式对GH4096合金环锻件析出相的尺寸和形貌、主要力学性能和内部残余应力的影响。结果表明:与采用传统油冷的试件相比,空冷试件的二次、三次γ′相较为粗大,蠕变性能和高温拉伸性能有较大幅度的降低,风冷试件的二次γ′相尺寸略有增大,三次γ′相尺寸相当,蠕变性能和拉伸性能有小幅降低,盐浴冷却试件的二次、三次γ′相尺寸相当,蠕变性能和拉伸性能相差较小。采用风冷的试件内部残余应力可控制在±100 MPa以内,比油冷和盐浴冷却的试件降低50%以上。GH4096合金环件固溶处理冷却方式采用风冷与传统的油冷和盐浴冷却方法相比,可以明显降低锻件内部残余应力,蠕变和高温拉伸等性能只有小幅降低,有助于改善GH4096合金薄壁零件冷加工过程的变形问题,提高尺寸控制精度。

初始晶粒尺寸和强化相对GH4096高温合金热变形行为和再结晶的影响

以镍基变形高温合金GH4096为研究对象,进行了不同组织状态下的热压缩实验,分析了该合金热变形流变行为特点,并采用OM、SEM、EBSD和TEM等手段研究了热压缩过程中初始晶粒尺寸(晶界面积和数量)和强化相对动态再结晶行为及组织演变的影响。结果表明:在1050~1120℃温度范围内,随着初始晶粒尺寸的减小,峰值流变应力降低,动态再结晶分数增加,实现完全动态再结晶所需热变形温度降低,发生动态再结晶的临界应变降低;在亚固溶温度下热变形时,动态再结晶晶粒尺寸与初始晶粒尺寸和变形量没有相关性;计算了与初始晶粒尺寸相关的热变形激活能,并建立了与热变形前的初始晶粒尺寸相关的热变形本构方程;研究了铸态组织中强化相γ’相形态对热变形行为的影响,在亚固溶温度下热变形时,随着强化相γ’相尺寸的增加,可一定程度降低热变形峰值流变应力,降低动态再结晶的临界应变,提高动态再结晶分数。分析讨论了GH4096合金不同组织状态下的主导动态软化机制。

新型铸&锻GH4096合金篦齿盘研制与考核

采用电渣重熔连续定向凝固+3D整体锻造+等温模锻的新型铸&锻工艺制备了大尺寸GH4096合金篦齿盘锻件,研究了固溶后油冷和风冷2种冷却方式对锻件组织、性能及残余应力的影响。利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了锻件的显微组织,测试了锻件的力学性能,对锻件进行了水浸分区聚焦超声波检测,开展了零件加工和试验考核。结果表明,2种固溶冷却方式的锻件经时效处理后的晶粒尺寸均为5~20μm,一次γ’相尺寸范围均为0.3~4.5μm。相比于固溶油冷+时效处理,固溶风冷+时效处理锻件中的二次和三次γ’相更粗、二次γ’相的含量更少,屈服强度和蠕变性能较低,但内部残余应力和机加工变形量更小。GH4096合金篦齿盘锻件经超声波检测未发现超过Φ0.4 mm-15 dB的单显信号,杂波水平在Φ0.4 mm-21dB以下。固溶风冷+时效处理的全尺寸篦齿盘零件通过了超转试验考核和破裂转速试验考核,试验结果满足设计的需求。

GH4096合金在长期热暴露过程中的组织演化

基于粉末冶金René88DT合金的成分,采用新型定向凝固铸锭变形工艺研制了GH4096合金,并研究了其固溶时效热处理后在700~900℃长期热暴露过程中γ’相的粗化和晶界析出相的析出行为。结果表明:GH4096合金在700℃热暴露时具有良好的组织稳定性,晶内γ’相的尺寸稳定在70 nm左右,未发现明显的长大行为,晶界上未发现析出相;750℃热暴露500 h以上时,二次γ’相开始出现聚集长大现象,晶界开始出现不连续析出相,但γ’相的长大速度和晶界析出相的析出速度均比较低;800℃以上长期热暴露时,γ’相的粗化速度和晶界析出相的析出长大速度明显加快。长期热暴露后晶内二次γ’相的尺寸与Larsen-Miller参数近似呈线性关系,晶界析出相以M3B2和μ相为主。

基于高通量场发射扫描电镜建立的高温合金γ’相定量统计表征方法

以5种不同固溶冷却速率制备的新型变形GH4096高温合金作为研究对象,基于高通量场发射扫描电镜(SEM)的高速采集和原位可视化的优点,研究合金中的一次、二次和三次γ’相定量表征分析方法。研究过程包括,利用MIPAR软件建立了分割和识别流程,实现合金中一次、二次和三次γ’相的准确识别。通过57000倍和3000倍SEM像中一次γ’相面积分数比值、二次和三次γ’相数量比值、二次和三次γ’相面积分数等随图像张数的变化,得到了能获取γ’相定量统计数据的最小视场:13×13张2048×2048像素尺寸的57000倍图像的表征区域。通过建立方法获取到γ’相定量数据,且数据趋势与标准化的小角X射线散射(SAXS)法结果一致。结合冷却速率的快慢对本方法获取的γ’相定量数据以及图像形貌进行讨论,实验结果与经典的形核和长大机制及Ostwald Ripening机制的理论结果相符。不同冷却速率样品的400℃拉伸强度不同,但与γ’相定量结果存在相关性:强度高的样品,冷速相对较快,二次γ’相数量较多,γ’相面积分数总和也较高。本工作得到的GH4096高温合金的γ’相定量统计结果对于探讨GH4096高温合金的工艺优化和性能预测具有参考意义。