上海雄鋼特種合金有限公司

1引言

GH3044合金是以W、Cr為主要強(qiáng)化元素的固溶強(qiáng)化型鎳基高溫合金。該合金在900℃以下具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性以及較好的持久、蠕變和疲勞性能，同時(shí)還具有良好的沖壓和焊接工藝性能，主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的主燃燒室、導(dǎo)向葉片和燃油導(dǎo)管等零部件。

時(shí)效處理使合金在基體中析出一定數(shù)量和大小的強(qiáng)化相，以達(dá)到合金強(qiáng)化的效果，它對(duì)合金的強(qiáng)度起決定性作用。因此本文對(duì)合金鍛材長(zhǎng)期時(shí)效熱處理后的組織與性能的變化進(jìn)行了研究。

2試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料經(jīng)非真空感應(yīng)＋真空自耗重熔工藝冶'煉，鍛造成的90mmx90mm鍛材，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

進(jìn)行100、300、500和1000h的長(zhǎng)期時(shí)效處理，時(shí)效溫度為400、600和800℃。對(duì)長(zhǎng)期時(shí)效后的試樣分別測(cè)定室溫拉伸性能、900℃高溫拉伸性能以及900℃、70MPa的持久性能，同時(shí)利用光學(xué)顯微鏡對(duì)組織進(jìn)行了分析。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1室溫瞬時(shí)拉伸性能

合金長(zhǎng)期時(shí)效后的室溫拉伸性能見(jiàn)圖1。隨著時(shí)效溫度的提高和時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì)，塑性變化則正好相反，但總體的變化范圍都不大。

鍛材在400℃分別經(jīng)過(guò)100、300、500和1000h長(zhǎng)期時(shí)效，強(qiáng)化相析出較少，強(qiáng)度和塑性基本沒(méi)有變化。而在600~800℃下，由于合金強(qiáng)化相進(jìn)一步補(bǔ)充析出，導(dǎo)致室溫拉伸強(qiáng)度比原始狀態(tài)有一定的提高，而塑性略有下降，基本保持平穩(wěn)。都達(dá)到并且超過(guò)了國(guó)內(nèi)(σb≥735MPa，δ5≥40%）標(biāo)準(zhǔn)。

合金在600和800℃長(zhǎng)期時(shí)效后的顯微組織見(jiàn)圖2。在400℃經(jīng)100~1000h長(zhǎng)期時(shí)效后，合金中的析出物較少，組織基本沒(méi)有變化，因而性能變化很小。但在600和800℃下經(jīng)不同時(shí)間的長(zhǎng)期時(shí)效后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)合金中的析出物逐漸增加，同時(shí)在相同的固溶時(shí)間下，溫度越高析出物越多，因而強(qiáng)度有所升高。

圖3為合金鍛材熱處理態(tài)和經(jīng)過(guò)800℃、1000h時(shí)效后的室溫拉伸斷口形貌圖。在時(shí)效前和時(shí)效后斷口上都存在大量的韌窩，斷裂方式為韌性斷裂，因而合金具有良好的拉伸塑性。

3.2 900℃拉伸性能

圖4給出了合金鍛材在400、600和800℃經(jīng)過(guò)1000h長(zhǎng)期時(shí)效后的900℃高溫拉伸性能，合金在時(shí)效后，其900℃高溫強(qiáng)度和塑性指標(biāo)都保持了平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)，基本上沒(méi)有變化。

3.3持久性能

從圖5可以看到合金鍛材在400、600和800℃經(jīng)過(guò)1000h的長(zhǎng)期時(shí)效后的900℃,70MPa持久壽命及持久塑性。在400和800℃下經(jīng)過(guò)1000h的長(zhǎng)期時(shí)效后合金的持久壽命基本保持不變，在600℃下經(jīng)過(guò)1000h的時(shí)效后，持久壽命明顯地提高。這是因?yàn)楹辖鸾?jīng)過(guò)1000h的時(shí)效后，補(bǔ)充析出的晶界碳化物形貌和數(shù)量對(duì)延續(xù)900℃、70MPa下的持久壽命更為有利，持久強(qiáng)度提高了，但塑性略有下降。

4討論

GH3044合金在正常熱處理狀態(tài)下，有少量的M,C,和微量的TiN析出。在400℃長(zhǎng)期時(shí)效后合金的組織變化不大，其力學(xué)性能也基本沒(méi)有變化。在600℃時(shí)效后，合金組織發(fā)生明顯變化，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，合金中顆粒狀的析出相數(shù)量增多，特別是富W的α相（WNiCr）和β相（Ni,W,Cr,)的數(shù)量明顯增多，孿晶數(shù)量明顯減少。經(jīng)800℃時(shí)效后合金中的顆粒狀析出相比在600℃下，相同時(shí)效時(shí)間的析出數(shù)量有明顯的增加。在晶界上MnC相呈鏈狀分布，時(shí)效1000h后，晶界上局部的MC相已連成一線，由于碳化物相的補(bǔ)充析出，使得強(qiáng)度有所提高，但塑性隨之下降。在時(shí)效前和時(shí)效后合金斷口上都存在大量的韌窩，合金的斷裂方式為韌性斷裂。在不同溫度下經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的時(shí)效后，合金900℃拉伸以及持久斷口都具有相似的斷裂特征，在基體晶界上出現(xiàn)許多的空洞。由于合金在高溫下晶界比晶內(nèi)的強(qiáng)度低，裂紋在晶界上萌生和擴(kuò)展。

5結(jié)論

(1）鍛材在400℃分別經(jīng)過(guò)100~1000h時(shí)效，強(qiáng)化相析出較少，強(qiáng)度和塑性基本沒(méi)變化;

(2)在600和800℃下長(zhǎng)期時(shí)效后，強(qiáng)化相析出較多，強(qiáng)度有所提高，塑性略有下降;

(3）合金鍛材組織和力學(xué)性能穩(wěn)定，滿足國(guó)內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，可在800℃以下、1000h以?xún)?nèi)長(zhǎng)期使用。