热处理参数对GH2150A合金冲击韧性的影响

第28卷 第2期

2008年4月

航 空 材 料 学 报

J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LS

V o l 128,N o 12 A pr il 2008

热处理参数对GH2150A 合金冲击韧性的影响

赵宇新1a

, 袁 英2

, 缪宏博

1b

(1.北京航空材料研究院a .先进高温结构材料国防科技重点实验室;b .失效分析中心,北京100095;2.钢铁

研究总院高温材料研究所,北京100081)

摘要:研究GH 2150A 合金经前期热处理与中间热处理后合金组织变化对室温冲击性能的影响。利用光学金相和扫描电镜对合金组织和冲击断口进行观察。结果表明,经过这种热处理可以显著提高合金的室温冲击韧性,比经标准热处理的A k 提高36%。主要原因是该处理改变合金中碳化物的析出数量、形态和分布,减小C c 相的尺寸,从而改变室温冲击的断裂机制。该处理可以使合金得到良好的综合性能。关键词:GH 2150A 合金;热处理参数;冲击韧性;碳化物

中图分类号:TG13213 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2008)02-0009-05

收稿日期:2007-11-01;修订日期:2007-12-03作者简介:赵宇新(1959)),女,研究员,(E-m a il)zyx _

b j 5592@si na 1com 。

GH 2150A 合金是近年来研制的一种时效强化Fe -N i 基高温合金,以C c 相为主要强化相,合金具有

良好的综合力学性能,主要用于制造在600e 下长期使用的航空发动机高压压气机叶片等零部件

[1]

。

由于压气机叶片在工作条件下受外界冲击,因此要求叶片材料具有良好的冲击韧性。为了满足零件的使用要求,提高零件的冲击韧性,对叶片的热处理工艺参数进行研究。

合金锻件标准规定使用的热处理制度为:1000~1130e ,2~3h ,油冷+780~830e ,5h ,空冷,+650~730e ,16h ,空冷。合金经这样的热处理后具有较高的室温拉伸强度,但室温冲击性能较低。在

热处理工艺研究中发现,合适的前期热处理与中间热处理,可以大幅度提高合金的室温冲击韧性,而室温拉伸强度变化较小。本研究对经标准热处理和加前期热处理与中间热处理的合金组织和室温性能进行了分析,可为零件制造中的热处理工艺参数的制定提供依据。

1 试验材料和试验方法

试验用料取自采用双真空熔炼的GH 2150A 合金锻制扁材,扁材由<28mm 轧制棒材经1050e 加热后拍扁,变形量为40%。合金的化学成分示于表1。

表1 化学成分/w t %

T ab l e 1 Che m i ca l compositi on of sa m ples

C N i C r W M o A l T i N b Fe 0.05

45.0

14.80

2.8

4.5

1.2

2.1

1.1

Ba l

试验采用的标准热处理制度(RT)为:1080e @2.5h /快冷+780e @5h /AC+650e @16h /AC ;采用的前期热处理再加中间热处理的制度(HT )为:950e @30m i n /随炉升到1080e @40m in /AC +1000e @40m in /AC +780e @5h /AC +650e @16h /AC 。

合金经不同热处理后,测试样品的室温拉伸和室温U 型缺口冲击性能。用光学显微镜和扫描电镜观察经不同热处理后合金的晶粒度、晶界析出相形态和C c 相的尺寸。用扫描电镜观察和分析试样室温冲击断口形貌。

2 试验结果

211 对室温性能的影响

经不同处理后合金的室温拉伸和室温冲击性能结果示于表2。比较可见,经H T 处理后,合金的抗

航 空 材 料 学 报第28卷

表2 合金的室温力学性能

T able 2 M echan i ca l properties o f GH 150A a t room temperature

H ea t treat m ents

T ensil e properties

R b /M Pa R 0.2/M Pa D 5/%W /%I mpact toughness

A ku /J RT 126076727.741.573.6HT

1240

737

29.0

42.1

100

拉强度比RT 处理的降低20M Pa ,屈服强度降低

30MPa ,塑性指标变化不大,但合金的室温冲击韧性比RT 处理的提高36%。212 对晶粒度的影响

图1是经不同热处理后合金的晶粒组织。可以

看出不同处理后合金的晶粒度基本相同,为AST M

No .4.5级。由于合金的晶粒度主要取决热处理中最高处理温度,在这两种热处理制度中热处理的最高温度都是1080e ,因此HT 处理没有对晶粒度产

生影响。

图1 不同处理后的晶粒组织F i g .1 G ra i n size a t different heat trea t m ent

(a)RT;(b)HT

213 对碳化物的影响

采用扫描电镜观察发现,经不同处理后的合金晶内和晶界析出碳化物的数量、形态和分布有所区别。从图2可以看出,经RT 处理后,晶界上碳化物

少部分是细小连续颗粒状析出,大部分是薄膜状析出(图2a),一些晶界没有碳化物析出。而经HT 处理后,晶界上碳化物有长大趋势,颗粒状较多,薄膜

状碳化物较少(图2b)。能谱分析表明,晶界上颗粒状的碳化物(图2a 标2处)主要是富含M o 和W 的碳化物(图3a),由于薄膜状的碳化物(图2a 标1处)太薄,能谱分析有些偏差,但能够确定是富含C r 的碳化物(图3b);晶内块状碳化物主要是MC 型的T i(C ,N)。可见HT 处理增加了碳化物的析出数量并改善了晶界碳化物的析出状态。

这种颗粒状分布

图2 不同热处理后的显微组织

F i g .2 SE M m icrograph at d ifferent heat treat m ent

(a)RT;(b)HT

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