镍基高温合金GH4133B长期时效后组织演化分析
长期时效对一种新型镍基合金的组织及持久性能的影响
第27卷 第5期2006年 10月材 料 热 处 理 学 报TRANS ACTIONS OF M ATERIA LS AND HE AT TRE AT ME NTV ol .27 N o .5October2006长期时效对一种新型镍基合金的组织及持久性能的影响崔 彤1, 王继杰2, 王 磊1, 杨洪才1, 赵光普3(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳 110006; 2.沈阳航空工业学院材料工程系,辽宁沈阳 110034;3.北京钢铁研究总院,北京 100081)摘 要:研究一种新型镍基合金在750、800、850℃长期时效(500-2000h )过程中的组织变化及其对750℃Π510MPa 持久性能的影响。
用扫描电子显微镜对合金显微组织及持久断口进行观察。
结果表明:在750-800℃时效该合金有针状T CP 相(拓扑密排相)析出,随其析出量的增加,合金基体的强度降低,合金持久断裂趋于从沿晶断裂转为穿晶断裂;800℃、850℃经不同时间时效处理,1000h 处持久强度最低,这与γ′相尺寸变化有关;随时效温度的升高,试验合金750℃Π510MPa 的持久激活能降低,持久强度下降。
关键词:镍基合金; 长期时效; T CP 相(拓扑密排相); 持久性能; 持久激活能中图分类号:TG 13213; TG 14211 文献标识码:A 文章编号:100926264(2006)0520056204收稿日期: 2005211214; 修订日期: 2006203230基金项目: 国家“十五”科技攻关项目(冶N o 10050390B );辽宁省博士启动基金项目(20051010);辽宁省航空专项基金项目(2005400607)作者简介: 崔 彤(1968—),男,讲师,博士,主要从事高温合金等高性能材料领域的研究工作,发表论文20余篇,E 2mail :ct114928@1631com 。
目前航空燃气涡轮发动机较多使用含铁的镍2铁基合金或不含铁的镍基合金,这种材料需要承受高温下氧化、气体腐蚀及复杂应力等的综合作用,对材料的强度及稳定性有较高要求。
航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳损伤与断口分析KF
第47卷第6期2011年3月机械工程学报JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGVo l.47N o.6Mar.2011DOI：10.3901/JME.2011.06.092航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳损伤与断口分析赵荣国1罗希延1,2蒋永洲3李红超1李秀娟1刘学晖2(1.湘潭大学土木工程与力学学院湘潭411105；2.中国航空工业集团黎阳航空发动机公司安顺561102；3.空军航空大学航空理论系长春130022)摘要：疲劳是导致工程结构或构件断裂的主要原因。
针对某型航空发动机涡轮盘用GH4133B合金，对其疲劳损伤和断裂机理进行研究。
测量GH4133B合金的疲劳极限，并考察电阻变化与疲劳周次之间的关系。
对试验数据进行回归与概率统计分析，获取理论疲劳极限与P-S-N关系表达式，推导电阻变化率表征的损伤演化方程。
结果表明，GH4133B的理论与实测疲劳极限吻合较好，修正Chaboche损伤模型能较精确预测GH4133B的疲劳损伤。
应用扫描电子显微镜对疲劳断口进行微观分析。
由断口形貌分析可知，GH4133B疲劳源区呈混合断裂模式，断面上出现二次裂纹。
扩展区呈现出典型的疲劳条带，且在较低应力幅值下可观察到脆性疲劳条带。
瞬断区呈准脆性断裂模式，且韧窝的尺寸和数量随应力幅值的增加而减小。
关键词：涡轮盘疲劳损伤断口分析中图分类号：TG115.5TH135Analysis on Fatigue Damage and Fractogr aphy of GH4133B Super alloyUsed in Turbine Disk of Aero-engineZHAO Rongguo1LUO Xiyan1,2JIANG Y ongzhou3LI Hongchao1LI Xiujuan1LIU Xuehui2(1.College of Civil Engineering and Mechanics,Xiangtan University,Xiangtan411105;2.Liyang Aero-engine Corporation,Aviation Industry Corporation of China,Anshun561102;3.Department of Aviation Theory,Air Force A viation University,Changchun130022)Abstract：Fatigue is the main reason for fracture of structure.The fatigue damage and fracture mechanism of GH4133B superalloy used in turbine disk of aero-engine are studied.The fatigue limit of GH4133B is measured,and the relation between the ratio of resistance change and the fatigue cycle is investigated at room temperature.The experiment data are processed by using the regression analysis and the probabilistic method,the theoretical fatigue threshold and P-S-N representation are achieved,and the fatigue damage evolution equation is deduced.The results show that the theoretical fatigue threshold agrees well with the experimental one,and the modified Chaboche model can precisely predict the accumulated damage of GH4133B.Then,the fracture surfaces of GH4133B are micro analyzed by using scanning electron microscopy(SEM).It can be found from the fracture surface morphologies that in the initiation region,the superalloy exhibits a mixed fracture mode and many secondary cracks emerge.In the propagation region,a series of typical fatigue striations can be observed,especially at lower stress amplitude,some brittle fatigue striations can be found.In the final rupture region,the fracture surface appears as a typical semi-brittle fracture mode,furthermore,the size and number of dimples decrease with the increase of stress amplitude.Key words：Turbine disk Fatigue Damage Fratrography0前言*在工程构件或结构断裂事故中，因疲劳引起的3收到初稿，5收到修改稿断裂占70%～80%[1]。
GH4133B高温合金实测成分数据
GH4133B高温合金实测成分数据GH4145主要是以γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]相进行时效强化的镍基高温合金，在980℃以下具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能，800℃以下具有较高的强度，540℃以下具有较好的耐松弛性能，同时还具有良好的成形性能和焊接性能。
该合金主要用于制造航空发动机在800℃以下工作并要求强度较高的耐松弛的平面弹簧和螺旋弹簧。
还可用于制造汽轮机涡轮叶片等零件。
可供应的品种有板材、带材、棒材、锻件、环形件、丝材和管材。
GH4145化学成分：碳C：≤0.08铬Cr：14.0～17.0镍Ni：≥70.0铝Al：0.40～1.00钛Ti：2.25～2.75铁Fe：5.00～9.00铌Nb+Ta：0.70～1.20钴Co：≤1.00锰Mn：≤1.00硅Si：≤0.50硫S：≤0.010铜Cu：≤0.50磷P：≤0.015注：表中Mn、Si为棒、锻件、环形件和丝材含量，板材、带材和管材为：Mn≤0.35%,Si≤0.35%。
GH4145处理工艺:板、带、管材供应状态的固溶热处理制度980℃±15℃，空冷。
材料及零件的中间热处理制度，可分别选择下列工艺进行热处理。
退火：955～1010℃，水冷。
焊接件焊接前退火：980℃，1h。
焊接件消除应力退火：900℃,保湿2h。
消除应力退火：885℃±15℃，24h,空冷。
GH4145品种规格:可以供应各种规格的棒材、锻件、环形件、热轧板、冷轧板、带材、管材和丝材。
板材和带材一般于热轧或冷轧、退火或固溶、酸洗抛光后供应。
棒材、锻件和环形件可于锻态或热轧状态供应；也可于锻后固溶处理供应；棒材可于固溶后磨光或车光供应，当订单有要求时，可于冷拉状态就位。
丝材可于固溶状态供应；对于标称直径或厚度在6.35mm以下的丝材，可固溶后并以50%～65%的冷拉变形供应；标称直径或边长大于6.35mm的丝材，固溶处理后以不小于30%的冷拉变形供应。
镍基耐热合金热变形行为的研究现状
（１．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｎｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＆ Ｓｐａｒｅｓ ＬＴＤ．，Ｃｈｉｎａ ＣＯＳＣＯ Ｓｈｉｐｐｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１２１，Ｃｈｉｎａ；
随着航空航天事业和船舶制造技术的高速发展，对于航 空发动机和船舶燃气轮机等关键动力构件的性能要求也越 来越高。
镍基耐热合金由于其优秀的抗高温蠕变，抗氧化性能已 经被广泛应用于涡轮叶片、导向叶片、发动机气阀和涡轮盘 等高温热端零部件的生产 [1]。
虽然镍基合金作为一种高合金化的材料拥有优良的力 学性能，但是正是由于其高合金化导致了显微组织的调控更 加困难，其服役性能受热加工参数的影响更为敏感。现今人 们已经对于镍基合金的高温变形行为做出了大量的研究以 期望获得优良的镍基合金产品。很多关于镍基合金显微组织 的调控研究也在相继进行，方法种类也繁多，目前还没有系 统地归纳整理。
本文总结了目标函数法在镍基合金中的研究现状，并介绍了晶界工程调控在镍基耐热合金中应用。
关键词 ：镍基耐热合金 ；综述 ；热变形 ；组织调控
中图分类号 ：ＴＧ３１６
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０１９）０９－０１７１－３
Research Status of Hot Deformation Behavior for Nickel-Based Heat-Resistant Alloys
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４， Ｃｈｉｎａ）
GH4133
一、GH4133介绍：
GH4133是Ni-Cr-Co基沉淀硬化型变形高温合金，使用温度750摄氏度以下。合金有屈服强度较高，良好的综合力学性能、抗氧化性能良好、组织稳定切晶粒均匀细小，易于热加工成型。
二、GH4133应用和特性：
GH4133适合用于750摄氏度以下工作发动机的涡轮,盘和承力环等。
三、GH4133相近牌号：
高温新名称
高温旧名称
耐蚀新名称
耐蚀旧名称
国标牌号
GH4133
GH33A
日本JIS
美标ASTM
美 标UNS、SAE
德标DIN
欧洲EN
四、GH4133化学成分：
碳C
硅Si
锰Mn
磷P
硫 S
铬Cr
≤0.07
≤0.65
≤0.35
≤0.015
≤0.007
19-22
镍Ni
钴Co
铜Cu
铁Fe
铌Nb
余
18-22
≤0.07
≤1.5
1.15-1.65
硼B
钛Ti
铝Al
钒 V
钨W
铈Ce
≤0.01
2.5-3
0.7-1.2
-
-
≤0.01
五、GH4133材质规格：
热扎棒10~100mm,锻制棒：100mm~350mm,冷扎薄板0.05mm-4.0mm,热扎板:4mm~14mm,带2mm-10mm,各尺寸规格锻件环件，库存个别牌号不定尺。
增材制造镍基高温合金中位错胞状结构特征及演化规律
增材制造镍基高温合金中位错胞状结构特征
及演化规律
镍基高温合金是一类被广泛应用于高温工作环境下的重要材料。
在增材制造过
程中，镍基高温合金的位错胞状结构特征和演化规律对材料的性能和稳定性具有重要影响。
位错胞状结构是由位错线和周围晶格的局部失配产生的，通过位错的移动和聚
集形成复杂的位错网络。
镍基高温合金中的位错胞状结构主要表现为沿晶、穿晶和顶晶位错。
这些位错胞状结构会影响材料的力学性能、热膨胀性以及抗氧化性能。
在增材制造过程中，由于高温激励和快速冷却等因素的影响，镍基高温合金中
的位错胞状结构会产生演化。
研究发现，随着制造温度和速度的增加，位错胞状结构往往会发生变化。
具体来说，位错的密度和速度会影响位错胞状结构的演化方式。
此外，位错的沿晶运动和聚集也会导致位错胞状结构的变化。
针对镍基高温合金中位错胞状结构的演化规律，研究人员进行了一系列实验和
模拟研究。
他们发现，在增材制造过程中，合适的制造温度和速度可以控制位错胞状结构的演化，从而达到优化材料性能的目的。
此外，纳米颗粒和添加剂的引入也可以影响位错胞状结构的形成和演化。
总结而言，镍基高温合金中位错胞状结构的特征和演化规律对于增材制造过程
中材料性能的控制和优化具有重要意义。
通过深入研究位错胞状结构的演化机制，可以为合金材料的设计和制造提供理论指导和技术支持。
镍基高温合金材料的研究进展
镍基高温合金材料的研究进展一、本文概述镍基高温合金材料作为一种重要的金属材料，以其出色的高温性能、良好的抗氧化性和优异的力学性能，在航空航天、能源、化工等领域具有广泛的应用。
随着科技的快速发展，对镍基高温合金材料的性能要求日益提高，其研究进展也备受关注。
本文旨在全面综述镍基高温合金材料的最新研究进展，包括其成分设计、制备工艺、组织结构、性能优化以及应用领域等方面，以期为未来镍基高温合金材料的进一步发展提供理论支持和指导。
本文首先介绍了镍基高温合金材料的基本概念和特性，概述了其在不同领域的应用现状。
随后，重点分析了镍基高温合金材料的成分设计原理，包括合金元素的选取与配比，以及如何通过成分调控优化材料的性能。
在制备工艺方面，本文介绍了近年来出现的新型制备技术，如粉末冶金、定向凝固、热等静压等，并探讨了这些技术对材料性能的影响。
本文还深入探讨了镍基高温合金材料的组织结构特点，包括相组成、晶粒大小、位错结构等，并分析了这些结构因素对材料性能的影响机制。
在性能优化方面，本文总结了通过热处理、表面处理、复合强化等手段提高镍基高温合金材料性能的研究进展。
本文展望了镍基高温合金材料在未来的发展趋势和应用前景，特别是在新一代航空航天发动机、核能发电、高温传感器等领域的应用潜力。
通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考和借鉴，推动镍基高温合金材料的进一步发展和应用。
二、镍基高温合金的基础知识镍基高温合金，也称为镍基超合金，是一种在高温环境下具有优异性能的特殊金属材料。
它们主要由镍元素组成，并添加了各种合金元素，如铬、铝、钛、钽、钨、钼等，以优化其热稳定性、强度、抗氧化性、抗蠕变性和耐腐蚀性。
镍基高温合金的这些特性使其在航空航天、能源、石油化工等领域具有广泛的应用。
镍基高温合金之所以能够在高温环境下保持优异的性能，主要得益于其微观结构的特殊性质。
这些合金在固溶处理和时效处理后，会形成一系列复杂的金属间化合物，如γ'、γ''和γ'″等，这些化合物在基体中弥散分布，起到了强化基体的作用。
镍基高温合金的相变行为与相稳定性研究
镍基高温合金的相变行为与相稳定性研究镍基高温合金是一类被广泛应用于航空航天、能源领域以及化工等行业的重要材料。
在高温环境下，镍基高温合金需要具备良好的相变行为和相稳定性，以保证其在复杂工况下的性能和可靠性。
因此，对于镍基高温合金的相变行为与相稳定性的研究具有重要意义。
在高温环境下，镍基高温合金会发生一系列相变过程，这些相变过程对合金材料的力学性能、物理性能以及耐腐蚀性能等方面有着重要的影响。
首先，相变行为对合金材料的力学性能有着重要的影响。
镍基高温合金通常在高温下具有良好的韧性和高温强度，这是由于在合金中形成的一些相对稳定的相与析出的过渡金属碳化物等细小的析出物相互作用所致。
这些相变过程的稳定性和相变温度对合金的宏观力学性能起着关键作用。
研究表明，调控合金的成分和热处理工艺可以有效地改善相变行为，进而提高合金的力学性能。
其次，相变行为对合金材料的物理性能也具有影响。
例如，相变可以改变合金的电阻率、热导率和磁性等。
合金中的相变过程通常伴随着晶格参数的变化、电子结构的调整以及电子云的重新排列等。
这些变化对合金的物理性能具有重要的影响，例如影响合金的导电性、导热性以及磁性等。
因此，研究合金中的相变行为可以为合金的物理性能调控提供重要的理论基础。
最后，相变行为还对合金材料的耐腐蚀性能有很大影响。
高温环境下，镍基高温合金通常会遭遇氧化、硫化、碳化等的腐蚀作用。
相变过程可以改变合金的化学成分和晶体结构，从而影响合金与腐蚀介质之间的相互作用。
通过研究相变过程，可以深入了解合金的耐腐蚀机制，设计合金的化学成分和微观结构，提高合金的耐腐蚀性能。
除了相变行为外，相稳定性也是镍基高温合金研究的重要方面。
相稳定性是指合金在高温下相组成保持相对稳定的能力。
相稳定性主要与合金的化学成分和微观组织有关。
研究表明，改变合金的化学成分和微观结构可以改善合金的相稳定性，防止相的析出和相转变。
相稳定性的提高可以有效延长合金的使用寿命，提高材料在高温环境下的稳定性和可靠性。
航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹扩展寿命概率预测
入参量 表征平均载荷 Ｆ ｐ 和载荷幅值 对疲劳寿命 Ⅳ ｆ 的影响，结果表 明， 在所研究的应力比范围内‰ 对 Ⅳ ｆ 影响大 。
关键词 ：涡轮盘 ；疲 劳裂纹扩展 ；寿命预测 ；概率 ；应 力 比
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｇ１ １ ５ ；Ｔ Ｈ１ ３ ５
Ｐｒ ｏ ｂａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｆａ ｔ ｉ ｇ ｕｅ Ｃｒ ａ ｃ ｋ Ｐｒ ｏ ｐａ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｌｉ ｆ ｅ Ｐｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｇ Ｈ４１ ３ ３ Ｂ Ｓｕ ｐｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ Ｕｓ ｅ ｄ ｉ ｎ Ｔｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ Ｄｉ ｓ ｋ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ － ｅ ｎｇ ｉ ｎｅ
３ ．中 国航 空工 业集 团黎 阳航 空 发动 机 公司 安顺
５ ６ １ １ ０ ２ ）
摘要 ：镍基 高温合金的概率寿命预测要求 模拟 多种复杂随机现象 。针对室温下航 空发动机 涡轮盘用 Ｇ Ｈ４ １ ３ ３ Ｂ合金 的疲 劳裂 纹扩展试验数据 ，采用 Ｐ ａ ｉ ｒ ｓ 公式和含 门槛值 ｈ 的修 正 Ｐ ｉｓ ｒ ａ 公式 ，对不 同应力 比下 的疲劳裂纹扩展速 率进行概率预测 。基
ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｒ ａ ｔ ｅ ｓ ａ ｔ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｓ ｔ ｉ ｅ ａ ｌ ｌ ｙ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｅ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ Ｐ ｉ ｓ ｒ ａ ｆ ｏ ｒ ｍｕ ｌ ａ ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｍｏ ｄ ｉ ｌ ｆ ｅ ｄ Ｐ ｉｓ ｒ ａ ｆ ｏ ｍ ｕ ｒ ｌ ａ ｗｉ ｈ ｔ ｔ ｈ ｒ ｅ ｓ ｈ ｏ ｌ ｄ Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ△ ｈ ｆ ｏ ｒ ｆ ａ ｉ ｔ ｇ ｕ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ＧＨ４１ ３ ３ Ｂ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｉ ｓ ｋ ｏ ｆ ａ ｅ ｒ ｏ — ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ａ ｔ
含铌高温合金研究进展
Xishan Xie High Temperature Materials Research Laboratories, University of Science & Technology Beijing, Beijing 100083, China
关键词：铌，高温合金，强化 摘要：铌是铁基、镍铁基和镍基高温合金中的一个重要强化元素，中国对铌在改进和发展高 温合金方面给以特别的关注。含 0.5-0.6％铌 A-286 合金的变种 GH4871*铁基高温合金可以 在 600-650℃的范围内作为叶片式盘材使用。为了使含 5-5.5％Nb 的镍铁基高温合金 Inconel718（中国标号 GH4169）的使用温度由 650℃提高到 700℃，在中国正进行着系统的 研究和发展。
1,2—5s；3,4—180s；5,6—1800s 2、 控制偏析：在 718 合金的凝固结晶过程中产生了严重的 Nb 偏析。因此，在 718 合金钢
8
锭中会形成大块状的 Laves 相和共晶 Laves 相。在中国系统地研究了微量元素对合金凝 固结晶的影响并由此严格控制 P，S，B 和 Si 到非常低的含量[7]而发展出了低偏析技术。 把一个直径 Φ406mm 双真空（VIM+VAR）炼制具有非常低磷含量（0.0007%P）的低偏 析 Inconel718 钢锭和一个常规 718 合金（0.005%P）来作比较。如图 10 为分别从两个钢 锭的中心（部位 1）向边缘（部位 12）处，测出的大块状 Laves 相的分布曲线。这个生 产试验的对比分析,充分说明 P 对 718 合金具有严重偏析的倾向。然而。无论在低偏析 718 合金或者常规 718 合金中的偏析现象都可以经高温长时均匀化处理来消除，无论是 一次结晶形成的大块状 Laves 相或者是共晶中的 Laves 相都可以休斯 718 合金的 γ 基体 中完全溶解。
镍基高温合金长期时效过程中第二相的析出
3
结
论
（l）合金在长期时效时会析出碳化物相与针 状 TCP 相 ・碳化物与 TCP 相的析出特性有着类 似之 处： 其颗粒尺寸大于 800C 时 效 容 易 析 出， 900C 时效时的尺寸 ・ （2）实 验 观 察 到 析 出 碳 化 物 种 类 有 M 23 C6 型、 M 7 C3 型； TCP 相有 " 相、 # 相两种 ・ （3） 趋向 !' 相的形貌随着时效时间的延长， 于方形， 而分布则越来越不平衡， 聚集并长大・基 体中析出的 !' 相的粒子平均半径的负三次方与 时效时间成正比， 符合里夫希茨 ・ 瓦格纳的第二相 粒子成熟理论 ・ 参考文献：
能的 显 著 下 降， 是合金组织中所不希望出现
［ 7， 8］ 的 本实验主要通过对固溶处理后的试样进 ・
行不同的温度与时间的时效处理后研究合金在不 同长期时效制度下的 #' 相、 碳化物和 TCP 相的 析出规律 ・
1
实验方法
实验用料为高温合金板材， 取自抚顺钢厂提
再在 M TP-1 磁力驱动双喷电 mm 小圆片各 5 个， 解减 薄 器 上 最 终 减 薄， 电 解 液 为 10% HCIO4 + 抛光电压 50 ~ 75 V ， 电流 50 mA， 90% C2 H5 OH， 双喷时利用干冰将电解温度控制在 - 25 ~ - 30 利用透射电镜进行观察并照相、 确定晶体 C 之内 ・ 结构 ・ !"# 扫描电镜观察 利用线切割方法切下大小适中的所需试样・ 在由粗到细的砂纸上仔细磨光并抛光・利用腐蚀 液： （20 mI）+ C2 H5 OH （ 80 mI）+ CuSO（ HCI 4 4 g） 进行腐蚀， 直至在光学显微镜下看到没有明显的 划痕， 并且可以清晰地看到晶界与部分晶内析出 相 （长期时效试样） 为止， 利用扫描电镜进行观察、 电子探针分析并照相 ・
航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹萌生与短裂纹扩展研究_赵荣国
Pb
≤0.001
和服役
As
≤0.002 5
有关。疲劳短裂纹具有不同于长裂纹扩展的
特殊性质。例如，在相同的应力强度因子范围 ΔK 下，短裂纹扩展速率大于长裂纹扩展速率；由于裂 纹闭合效应， ΔK 下降为有效应力强度因子范围 ΔKeff，从而短裂纹在低于长裂纹扩展门槛值下也能 扩展。短裂纹扩展所特有的现象已引起了研究者的 广泛关注
(1. College of Civil Engineering and Mechanics, Xiangtan University, Xiangtan 411105; 2. Department of Aviation Theory, Air Force Aviation University, Changchun 130022; 3. Liyang Aero-Engine Corporation, Aviation Industry Corporation of China, Anshun 561102)
2
2.1
疲劳裂纹萌生寿命分析
断裂力学法 对于带圆形缺口 CT 试样，可采用断裂力学法
研究疲劳裂纹萌生寿命。如图 2 所示，一个中心含
118
机
械
工
程
学
报
第 49 卷第 10 期期
椭圆形缺口的无限大板，在垂直于椭圆形缺口长轴 的平面上，对其施加 I 型拉伸应力，则缺口前缘的 弹性应力场σx、σy、τxy 可由式(1)给出，即
[11] [8] [9] [10] [7] [3] [4] [5] [6]
度δ =3.0 mm。试样具体形状和几何尺寸如图 1 所示。
表1
元素 Ni
GH4133B 材料的化学成分
GH4133B沉积硬化型变形高温合金
张工：158 –O 185 -9914GH4133和GH4133B是Ni-Cr基沉积硬化型变形高温合金，GH4133B合金是在GH4133合金基础上添加适量的镁、锆后的改型合金。
两种合金的使用温度均在750℃以下，均具有良好的综合力学性能、具有屈从强度高的特色；具有良好的抗氧化性能、组织安稳且晶粒均匀细微；易于热加工成型。
尤其是GH4133B合金改进了GH4133合金在750℃以下存在的缺口敏感性，使材料的使用寿命成倍的添加，大幅度地提高了耐久强度和塑性。
两种合金适合于制造温度在750℃以下航空发动机的涡轮盘和作业叶片等重要承力件。
主要产品有热轧和锻制棒材、盘锻件和环形件。
GH4133和GH4133B合金已用于制造多种类型航空发动机涡轮盘和承力环等重要部件，批产使用情况良好。
GH4133合金还用于制造飞机发动机和工业汽轮机的高温螺栓和拉杆等。
合金在700℃以上长期时效后，有η相在晶界上分出，3000h在晶界和晶内数量明显添加，呈现η相较大的胞状集体。
合金在700℃以上的耐久塑性偏低，具有缺口敏感性。
摘自GB/T 14992，GH4133合金化学成分见表1-1，GH4133B合金化学成分见表1-2。
杂质①元素有区别的摘自GB/T 14997、GJB 1953、GJB 3165A、GJB 3782A、GJB 5280和GJB 5301。
热处理准则摘自HB/Z 140，GH4133合金各种类的规范热处理准则为：A 盘型锻件，1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷，HBW 352~262;B 锻件，（1055~1075）℃保温（6~6.5）小时空冷+（740~760）℃保温（16~16.5）小时空冷C 棒材，（1070~1090）℃保温（8~8.5）小时空冷+（740~760）℃保温（16~16.5）小时空冷摘自HB/Z 140和GJB 1953A,GH4133B合金各种类的规范热处理准则为：A 盘形锻件，1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷，HBW 352~262;B 棒材，1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷，HBW 352~262;产品：哈氏合金、高温合金、铜镍合金、英科耐尔、蒙乃尔、钛合金、沉淀硬化钢等各种中高端不锈钢，镍基合金等。
镍基高温合金的发展综述
镍基高温合金的发展综述镍基高温合金是一种具有优异高温性能和抗腐蚀能力的金属材料，被广泛应用于航天、航空、汽车等领域。
自20世纪初以来，随着科学技术的发展，镍基高温合金不断得到改进和优化，成为高温合金中最重要的系列之一。
镍基高温合金的制作工艺主要包括以下步骤：原材料选择：高温合金的原材料主要是镍、钴、铬等金属元素，以及其他必要的微量元素和合金元素。
这些原材料的纯度和质量对高温合金的性能有着至关重要的影响。
熔炼工艺：高温合金的熔炼工艺一般采用真空感应熔炼或电弧熔炼，以将原材料熔化并充分混合。
在熔炼过程中，要严格控制熔炼温度和时间，以确保合金的成分和组织结构的稳定性。
热处理工艺：热处理工艺是高温合金制作过程中的重要环节，通过控制加热和冷却速度，以达到调整合金组织结构和性能的目的。
热处理工艺包括预处理、固溶处理和时效处理等步骤。
镍基高温合金具有以下性能特点：抗高温：高温合金能够在高温环境下保持优良的力学性能和抗蠕变性能，因此被广泛应用于高温度环境下的结构件和发动机部件。
抗腐蚀：高温合金具有较好的抗腐蚀性能，能够在各种腐蚀环境中保持稳定。
抗氧化：高温合金具有较好的抗氧化性能，能够在高温环境下防止氧化和烧蚀。
不易变形：高温合金具有较好的热稳定性和组织稳定性，能够在高温环境下保持形状和尺寸的稳定性。
镍基高温合金被广泛应用于以下领域：航天领域：高温合金在航天领域中主要用于制造航空发动机、火箭发动机、航天器结构件等关键部件。
例如，NASA的太空梭所使用的发动机零部件就是由镍基高温合金制成的。
航空领域：高温合金在航空领域中主要用于制造飞机发动机、航空发动机等关键部件。
例如，波音777的发动机零部件就是由镍基高温合金制成的。
汽车领域：高温合金在汽车领域中主要用于制造汽车发动机、涡轮增压器等关键部件。
例如，宝马、奔驰等高端汽车品牌的发动机零部件就是由镍基高温合金制成的。
随着科学技术的不断进步，镍基高温合金的未来发展将面临更多机遇和挑战。
镍基高温合金的连续动态再结晶形核机制和退火孪晶演变与晶粒生长的关系
镍基高温合金的连续动态再结晶形核机制和退火孪晶演变与晶粒生长的关系汪彦江;贾智;高泽玺;刘德学【期刊名称】《中南大学学报:英文版》【年(卷),期】2023(30)1【摘要】采用电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)技术对镍基高温合金热压缩变形行为进行了表征。
所研究的高温合金在热压缩变形后的主要组织特征是亚晶粒、动态再结晶(DRX)核、DRX晶粒生长和退火孪晶的发展。
考虑到变形晶粒之间的近似取向和动态再结晶结果,在低温和高应变率下,除了孪晶辅助再结晶形核外,以亚晶粒结合和旋转为特征的连续动态再结晶(CDRX)形核机制也起着主要作用。
MC和γ′析出相在低温(900和1000℃)时促进了DRX的形核,但阻碍了再结晶的生长。
高变形温度下的晶粒生长依赖于大角度晶界迁移引起的晶粒相互吞并,这消耗了部分退火孪晶,只有少数退火孪晶在取向偏转后保持稳定。
【总页数】12页(P49-60)【作者】汪彦江;贾智;高泽玺;刘德学【作者单位】State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Nonferrous Metals(Lanzhou University of Technology) 730050;School of Materials Science and Engineering University of Technology 730050;School of Materials Science and Engineering South University 410083【正文语种】中文【中图分类】TG1【相关文献】1.变形方式、动态再结晶和孪晶对AZ31镁合金轧制织构演变的影响2.变形方式、动态再结晶和孪晶对AZ31镁合金轧制织构演变的影响3.镍基高温合金低能孪晶界密度与热塑性变形参数的响应关系4.镍基高温合金低能孪晶界密度与热塑性变形参数的响应关系5.利用Gleeble-1500热模拟试验机对低碳合金钢进行了不同变形量、冷却速度的热模拟实验。
【研究】GH4133B航空高温合金硬度、耐温、性能
上海钢研-张工：158–0185-9914GH4133和GH4133B是Ni-Cr基沉淀硬化型bai变形高温合金，GH4133B合金是在duGH4133合金基zhi础上添加适量的镁dao、锆后的改型合金。
两种合金的使用温度均在750℃以下，均具有良好的综合力学性能、具有屈服强度高的特点；具有良好的抗氧化性能、组织稳定且晶粒均匀细小；易于热加工成型。
尤其是GH4133B合金改善了GH4133合金在750℃以下存在的缺口敏感性，使材料的使用寿命成倍的增加，大幅度地提高了持久强度和塑性。
两种合金适合于制造温度在750℃以下航空发动机的涡轮盘和工作叶片等重要承力件。
主要产品有热轧和锻制棒材、盘锻件和环形件。
GH4133和GH4133B合金已用于制作多种型号航空发动机涡轮盘和承力环等重要部件，批产使用情况良好。
GH4133合金还用于制作飞机发动机和工业汽轮机的高温螺栓和拉杆等。
合金在700℃以上长期时效后，有η相在晶界上析出，3000h在晶界和晶内数量明显增加，出现η相较大的胞状群体。
合金在700℃以上的持久塑性偏低，具有缺口敏感性。
摘自GB/T 14992，GH4133合金化学成分见表1-1，GH4133B合金化学成分见表1-2。
杂质①元素有区别的摘自GB/T 14997、GJB 1953、GJB 3165A、GJB 3782A、GJB 5280和GJB 5301。
热处理制度摘自HB/Z 140，GH4133合金各品种的标准热处理制度为：A 盘型锻件，1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷，HBW 352~262;B 锻件，（1055~1075）℃保温（6~6.5）小时空冷+（740~760）℃保温（16~16.5）小时空冷C 棒材，（1070~1090）℃保温（8~8.5）小时空冷+（740~760）℃保温（16~16.5）小时空冷摘自HB/Z 140和GJB 1953A,GH4133B合金各品种的标准热处理制度为：A 盘形锻件，1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷，HBW 352~262;B 棒材，1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷，HBW 352~262;高温合金分为三类材料：760℃高温材料、1200℃高温材料和1500℃高温材料，抗拉强度800MPa。
一种含Re镍基单晶高温合金的长时组织演化规律研究
一种含Re镍基单晶高温合金的长时组织演化规律研究
郭维华;魏先平;张琼元;高振桓;聂丽萍;巩秀芳
【期刊名称】《大型铸锻件》
【年(卷),期】2022()2
【摘要】研究了一种含Re镍基单晶高温合金的长时组织演化规律。
通过选晶法在真空定向凝固炉中制备出[001]取向的单晶合金试棒,经过热处理后,在大气炉中进行950℃的高温长时时效,研究了不同时间时效后的单晶试棒γ/γ′的筏化规律。
研究结果表明:该单晶高温合金具有良好的长时组织稳定性,在950℃/10000 h时效下无TCP相析出,2000 h、5000 hγ′相与基体保持共格,有粗化趋势,10000 h后由于元素迁移,γ/γ′相界面能和弹性应变能降低,导致γ′呈长方体与立方体共存。
【总页数】4页(P28-30)
【作者】郭维华;魏先平;张琼元;高振桓;聂丽萍;巩秀芳
【作者单位】东方电气集团东方汽轮机有限公司;长寿命高温国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TG156.92
【相关文献】
1.一种含铼和碳的镍基单晶高温合金显微组织的研究
2.一种含4.2％Re单晶镍基合金在蠕变期间的组织演化与变形特征
3.一种含
4.2%Re单晶镍基合金在蠕变期间的组织演化与变形特征4.一种含Re镍基单晶高温合金钎焊接头的微观组织与性能研究
5.一种含4.2%Re单晶镍基合金的蠕变行为与组织演化规律
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第22卷第11期2010年11月钢铁研究学报Jo urnal o f Iro n and Steel Resear chV o l.22,N o.11N o vember 2010作者简介:林 奔(1986 ),男,硕士生; E mail:linben 860620@ ; 收稿日期:2009 09 28镍基高温合金GH4133B 长期时效后组织演化分析林 奔1, 王晓辉1, 郑 磊1, 蒙肇斌2, 董建新1, 张麦仓1(1.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083; 2.钢铁研究总院高温材料研究所,北京100081)摘 要:采用SEM 、EDS 和T her mo Calc 热力学计算等方法,分析了镍基高温合金G H4133B 在不同时效时间和时效温度下的组织演化规律。
从而对改善合金的服役性能提供理论依据。
试验结果表明:随着时效时间的延长和时效温度的升高,晶粒尺寸无变化,碳化物种类、分布和数量变化均不明显;长期时效后的 强化相的尺寸较时效前都有所增加,尤其800!时长大最明显,形状也由球形颗粒变为方形颗粒并出现一定的取向性;800!时效500h 以上或更长时间后,合金中开始出现少量针状的 相在晶界及一次碳化物附近析出。
关键词:镍基高温合金;G H4133B;长期时效;热力学计算中图分类号:T G 142 7 文献标志码:A 文章编号:1001 0963(2010)11 0034 05Evolution of Microstructure of Ni Based SuperalloyGH4133B After Long Term AgingLIN Ben 1, WANG Xiao hui 1, ZH ENG Lei 1, M ENG Zhao bin 2,DONG Jian xin 1, ZH ANG M ai cang 1(1.Schoo l of M aterials Science and Engineering ,U niv ersit y of Science and T echno log y Beijing ,Beijing 100083,China;2.H ig h T em per at ur e M aterials Research Div ision,Central Iro n and St eel Research Institute,Beijing 100081,China)Abstract:N i based super alloy GH 4133B is a new sty le super alloy w hich dev elo ped by our ow n nation.T he rela tio nship bet ween the evolution o f micro structur e of Ni based superallo y G H4133B and ag ing t ime and ag ing tem per ature w as studied by means o f SEM ,EDS and T hermo Calc soft war e.T his art icle can g iv e theo retical suppo rt to improv ement the active perfo rmance.T he results sho w that w ith the incr ease of ag ing t ime and aging temper a ture,the g rain size do esn t chang e and the change o f the categ or y,distr ibut ion and quantity of carbide is not dis tinct.During lo ng ter m ag ing , phase gr ow s,especially under 800!,w hich the par ticles chang ed into squar es instead o f spheres o n a fix ed orientat ion.U nder 800!for 500hours o r even lo ng er t ime aging ,t her e will be needlelike phase precipit at ing near the g rain boundary and prima ry car bide.Key words:N i based superallo y;GH 4133B;long term ag ing;thermodynamic calculation含铌镍基高温合金GH 4133B 是我国自主研制开发的一种新型 沉淀硬化高温合金,是在GH 4133(即GH 33A )合金基础上添加微量合金元素镁、锆并改变了冶炼和模锻工艺而产生的;主要用于制造发动机中的涡轮盘、承力环和叶片,长期使用温度可达750![1]。
目前我国主要歼击机、民航机的喷气发动机涡轮盘都使用了该合金[2]。
随着发动机性能的提高以及工作应力和温度等条件的不断恶化,GH 4133B 合金在使用过程中的组织稳定性成为了关注的热点问题。
而目前还缺乏对该合金长期时效后组织和性能的研究;笔者通过热力学计算和微观组织观察分析了合金长期时效过程中的组织演化规律及其本质原因,研究结果可为评价和改进合金的服役性能提供试验和理论依据。
1 试验方法本试验所用合金经真空冶炼后浇铸成5kg 的铸锭,然后锻制成 15m m 的棒材,化学成分(质量分数,%)为:C 0 062、Cr 20 75、A l 0 84、T i 2 69、Nb 1 48、Fe 0 6、Si 0 62、B 0 008、M g 0 01、Zr 0 03、Ni 余量。
合金棒材试样经标准热处理后(1080!∀8h,空冷+750!∀16h,空冷),分别在600、700和800!三个温度下进行100、500和1000h 的长期时效。
利用Thermo Calc 热力学计算分析了GH 4133B 合金平衡状态下可能存在的析出相,随后通过金相、SEM 和EDS 等方法,得出了不同时效时间和时效温度下的组织状态及各种典型析出相的特征。
2 试验结果与讨论2 1 标准成分的热力学计算分析利用T herm o Calc 计算软件与相应的镍基高温合金数据库对GH 4133B 合金进行热力学模拟计算,结果如图1和表1所示。
通过图1中的结果和表1数据可知,GH 4133B 合金的主要平衡相有 相、 相、MC 和M 23C 6碳化物及 相。
图1表明,该合金所对应的初熔和终熔温(a)全图; (b)局部放大图。
图1 GH4133B 合金各相析出量与析出温度的计算曲线Fig 1 C alculated dependences of precipitation phases on temperature (a)its partial magnif ication (b)表1 GH4133B 合金的析出相对应的平衡成分Table 1 C alculated chemical compositions ofequilibrium precipitation phases %析出相Ni Al T i Nb C Cr F e Si 72 280 301 000 66trace 23 761 220 8078 953 9710 185 11-1 590 110 09 77 170 7216 884 87-0 310 06-M 23C 62 43-tracetrace5 6791 690 21-度分别为1357和1301!,凝固温度区间为56!。
相的初始析出温度为946!;M 23C 6在低于891!时就开始析出。
为合金的主要强化相,碳化物M C 和M 23C 6所占的比例较小。
从图1中还可以看到,在796!时可能会有 相析出。
2 2 合金的显微组织分析对GH 4133B 合金不同时效时间和时效温度下的试样在光学显微镜和扫描电子显微镜下进行了组织观察。
光学显微镜组织观察的试样采用化学侵蚀方法(1 5g 的CuSO 4+40m L H Cl+20m L 酒精为侵蚀剂,时间1min),扫描电镜强化相和碳化物观察的试样采用电解抛光和电解侵蚀方法(电解抛光液的成分为20%H 2SO 4+甲醇,抛光时电压为30V,时间20s;电解侵蚀的腐蚀剂为Cr 2O 315g+150mL H 3PO 4+10mL H 2SO 4,电压5V,时间2~5s)。
2 2 1 GH 4133B 合金的基本组织状态图2(a)是GH 4133B 合金在600!下时效500h 后的光学金相组织。
可以看出晶粒尺寸较为均匀。
图2(b)是合金在700!下时效100h 后的SEM 照片,从图中可以看出:试样中存在着大量孪晶,有的是贯穿整个晶粒,有的则是开始于晶界,终止在晶内,这些孪晶都是退火孪晶。
(a)600!下时效500h 后的光学金相组织; (b)700!下时效100h 后的S EM 照片。
图2 GH4133B 长期时效后金相组织Fig 2 Microstructures of GH4133B superalloy after long term aging#35#第11期 林 奔等:镍基高温合金G H4133B 长期时效后组织演化分析GH 4133B 中奥氏体基体跟主要强化相 均属于面心立方结构,铌的加入使得合金的层错能较低[3],空位及原子的运动使得晶体内局部原子堆垛次序发生错排,形成层错。
因共格孪晶界的界面能小于大角度晶界的界面能,层错得以稳定存在构成孪晶核心。
堆垛层错的强化效果不随温度的升高而减弱,因此在高温合金的强化机制中占有很重要的地位。
退火孪晶的出现可以改变合金中裂纹扩展的方向,提高塑性变形功,延缓断裂过程,进而使合金低温下塑性和韧性得到提高[4]。
表2给出了GH 4133B 合金在不同温度下时效不同时间后的平均晶粒尺寸。
可见,不同温度和时间下时效后,平均晶粒尺寸没有明显改变。
表2 GH4133B 合金在不同时效温度和时效时间后的平均晶粒尺寸Table 2 Average grain size after long term aging atdiff erent temperatures and time !m100h500h 1000h 600!107101109700!108104112800!1051091102 2 2 强化相 分析相是镍基高温合金中最主要的强化相,与基体共格析出。