GH4133B簡(jiǎn)介：

GH4133和GH4133B是Ni-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，GH4133B合金是在GH4133合金基礎(chǔ)上添加適量的鎂、鋯后的改型合金。兩種合金的使用溫度均在750℃以下，均具有良好的綜合力學(xué)性能、具有屈服強(qiáng)度高的特點(diǎn)；具有良好的抗氧化性能、組織穩(wěn)定且晶粒均勻細(xì)??；易于熱加工成型。尤其是GH4133B合金改善了GH4133合金在750℃以下存在的缺口敏感性，使材料的使用壽命成倍的增加，大幅度地提高了持久強(qiáng)度和塑性。兩種合金適合于制造溫度在750℃以下航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦和工作葉片等重要承力件。

1?試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)?zāi)ｅ懠哪ｅ懮a(chǎn)工藝

試驗(yàn)?zāi)ｅ懠悄嘲l(fā)動(dòng)機(jī)承力環(huán)模鍛件。呈面盆狀，盆口外徑412mm,盆底外徑φ255mm,高度76mm,輪緣厚度29mm。采用1000kJ對(duì)擊錘，輕(0.20MJ)、中(0.35MJ)、重(0.9MJ)三擋錘擊能量模鍛成型。模鍛加熱溫度1160℃,開(kāi)鍛溫度980～990℃,終鍛溫度850～900℃;運(yùn)料時(shí)間33～40s;輕擊4~8錘，時(shí)間18～51s,中擊3～6錘，時(shí)間16～46s,重?fù)?～7錘，時(shí)間37～63s。

1.2?直接時(shí)效試驗(yàn)

按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取樣位置，在未經(jīng)熱處理的承力環(huán)模鍛件上切取拉力、沖擊、高溫持久試樣各8件，按標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效工藝(750℃×16h,空冷)進(jìn)行時(shí)效處理后，按國(guó)標(biāo)方法測(cè)定機(jī)械性能。

1.3預(yù)備熱處理試驗(yàn)

使用未熱處理的承力環(huán)模鍛件，按標(biāo)準(zhǔn)位置切取拉力、沖擊、持久試樣各8件，對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)備熱處理(1120℃×15min,空冷或水冷)+標(biāo)準(zhǔn)熱處理(1080℃×2h,空冷+ 750℃×16h,空冷)后，按國(guó)標(biāo)方法測(cè)定機(jī)械性能。其中，4件試樣預(yù)備熱處理采用水冷方式，另4件空冷。

1.4?標(biāo)準(zhǔn)熱處理試驗(yàn)

使用未熱處理的承力環(huán)模鍛件，按標(biāo)準(zhǔn)位置切取拉力、沖擊、持久試樣各8件，對(duì)試樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)熱處理(1080℃×2h,空冷或水冷+750℃×

16h,空冷)后，按國(guó)標(biāo)方法測(cè)定機(jī)械性能。其中，4件試樣固溶后水冷，另4件試樣空冷。

1.5固溶溫度試驗(yàn)

試驗(yàn)溫度范圍1000～1080℃,每隔10℃試驗(yàn)一組試樣，加上原始狀態(tài)對(duì)比組，共試驗(yàn)10組試樣。固溶時(shí)間和以后的時(shí)效工藝，完全按標(biāo)準(zhǔn)工藝。每組試樣均分析金相組織，包括：晶粒形狀、晶界狀態(tài)、平均晶粒截距。1040～1080℃范圍試驗(yàn)的5組試樣，除分析組織外，還測(cè)定機(jī)械性能，包括：室溫拉力、室溫沖擊、高溫持久性能。

1.6金相組織及斷口檢驗(yàn)方法

按標(biāo)準(zhǔn)取樣位置切取低倍試片，檢查模鍛件熱處理前后的低倍組織。在拉力棒頭部檢查金相組織，使用圖象分析儀，測(cè)量最大晶粒截距和平均晶粒截距，使用掃描電子顯微鏡分析拉力試樣的斷口形態(tài)。

2?試驗(yàn)結(jié)果

2.1不同熱處理工藝后的機(jī)械性能(表1)和金相

組織

2.1.1?標(biāo)準(zhǔn)熱處理模鍛件：標(biāo)準(zhǔn)熱處理后(固溶空冷)的模鍛件，各項(xiàng)性能十分優(yōu)良，a比技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高18%,00.2高15%,δs高73%,ψ高79%,Ak高116%,持久強(qiáng)度合格。標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶冷卻方式對(duì)模鍛件性能有影響：固溶加熱后水冷和空冷件的強(qiáng)度和相對(duì)伸長(zhǎng)率差不多，但是，ψ值水冷件高16%,沖擊韌性高25%。同時(shí)，水冷件的性能比較均勻，空冷件的性能比較分散。

來(lái)百度APP暢享高清圖片

未熱處理模鍛件的低倍組織如圖1a,低倍面上無(wú)任何冶金缺陷；難變形區(qū)低倍組織粗糙，顏色班駁；大變形區(qū)，低倍組織均勻細(xì)致，顏色灰白；低倍試片的大部分面積存在肉眼不能分辨的低倍晶粒。標(biāo)準(zhǔn)熱處理模鍛件的低倍組織如圖1b,低倍面上均存在～φ1mm的低倍晶粒，輪緣部位存在～φ1.5mm低倍大晶粒，幅板部位存在～φ2.0mm低倍大晶粒。

標(biāo)準(zhǔn)熱處理后模鍛件的金相組織有以下特點(diǎn)：第一，晶粒不均勻，最大晶粒截距250～300μm,平均晶粒截距80～90μm(圖2a);第二，晶界比較平直，晶界較寬，有鏈狀析出物(圖2b),水冷件要少一些；第三，光學(xué)顯微鏡觀察不到γ'-相。

標(biāo)準(zhǔn)熱處理件的室溫拉力斷口如圖3a,b,是沿晶界彌散碳化物產(chǎn)生的晶界斷裂。

2.1.2?預(yù)備+標(biāo)準(zhǔn)熱處理模鍛件

模鍛件機(jī)械性能如表1。添加預(yù)備熱處理的模鍛件，機(jī)械性能與標(biāo)準(zhǔn)熱處理件相當(dāng)，只是沖擊韌性值平均低30%。但可以看出一個(gè)重要現(xiàn)象：在強(qiáng)度性能相當(dāng)?shù)那闆r下，預(yù)備熱處理后水冷件的塑、韌性比空冷件高，δ高9%,ψ高19%,A高5%。

添加預(yù)備熱處理的模鍛件，低倍組織是肉眼不能分辨的、均勻再結(jié)晶晶粒。同樣無(wú)任何冶金缺陷。

添加預(yù)備熱處理的模鍛件，金相組織有以下特點(diǎn)：第一，晶粒較粗大，但很均勻，最大晶粒截距260μm,平均晶粒截距100μm(圖4a);第二，晶界寬度與以后的標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶冷速有關(guān)：水冷件的晶界寬度小，晶界相細(xì)小連續(xù)，空冷件的晶界寬度大(圖4b),晶界相大小不均。第三，光學(xué)顯微鏡也不能見(jiàn)到γ'-相。

2.1.3?直接時(shí)效模鍛件

室溫機(jī)械性能非常高，除相對(duì)伸長(zhǎng)率稍低外，其他性能都很高：與模鍛件技術(shù)條件比，002高39%,%高25%,δ高34%,φ高95%,A、高180%。但是，高溫持久強(qiáng)度不合格。

直接時(shí)效模鍛件未經(jīng)過(guò)高溫固溶處理，低倍組織與未熱處理模鍛件相似。

直接時(shí)效模鍛件的金相組織有以下特點(diǎn)：第一，晶粒細(xì)小均勻，有大量孿晶界，是典型的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織。這些晶粒脫胎于變形晶粒，因而它們還存在一定的方向性(圖5a)。最大晶粒截距100μm,平均晶粒截距30μm;第二，晶界寬度較小，有細(xì)小鏈狀析出物(圖5b);第三，晶?；w上存在1000倍即能見(jiàn)到的大顆粒γ'-相。

直接時(shí)效模鍛件的拉伸斷口，宏觀形態(tài)是纖維狀，顯微斷口是穿晶與沿晶混合斷裂(圖6),沿晶界斷裂部分是晶界碳化物引起的淺韌窩，因晶界碳化物的大小差別，晶界斷裂面的韌窩尺寸也不同，穿晶部分是典型的韌性斷裂。

不同熱處理后模鍛件輪緣部位晶粒平均截距和基體硬度示于表2。

2.2固溶溫度試驗(yàn)

2.2.1?晶粒平均截距與固溶溫度的關(guān)系：晶粒平均截距與固溶溫度的關(guān)系如圖7?？梢苑譃槿齻€(gè)階段：1000～1020℃,晶粒平均截距幾乎沒(méi)有變化，大致在37μm;1020～1050℃,晶粒平均截距快速長(zhǎng)大，從37μm一直長(zhǎng)大到50μm;1050～

1080℃,晶粒平均截距幾乎不發(fā)生變化，大致保持在50μm。仔細(xì)觀察了上述過(guò)程中晶粒形態(tài)的變化。原始狀態(tài)的晶粒是不均勻再結(jié)晶晶粒，極細(xì)的加工再結(jié)晶晶粒包圍在模鍛加熱晶粒周?chē)?，再結(jié)晶品界微細(xì)，模鍛加熱晶界很粗，但是，兩種晶界的析出物都很少。1000～1020℃固溶，再結(jié)晶晶粒未發(fā)生變化，模鍛加熱晶粒內(nèi)部開(kāi)始形成再結(jié)晶晶粒，晶界寬度逐漸增加，而且，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)針狀析出物，1000℃固溶試樣最多。1030～1050℃固溶，所有晶粒都開(kāi)始均勻長(zhǎng)大，合金進(jìn)行積聚再結(jié)晶過(guò)程，晶界狀態(tài)無(wú)明顯變化，但晶粒內(nèi)部的針狀析出物消失。1060～1080℃固溶，晶粒沒(méi)有明顯變化，但晶界寬度和晶界析出物明顯增加，而且固溶溫度越高越明顯。

2.2.2?固溶溫度與機(jī)械性能的關(guān)系

固溶溫度與模鍛件機(jī)室溫械性能的關(guān)系如圖8。所有固溶溫度處理后，750℃,345MPa條件下的高溫持久時(shí)間均>200h,符合技術(shù)要求。從圖8可以看出，在1050℃以上溫度固溶處理，模鍛件的ψ,αk值大幅度下降，其他室溫性能與1040～1080℃范圍內(nèi)的固溶溫度關(guān)系不大。

3?討 論

3.1不同熱處理狀態(tài)模鍛件的性能和組織

標(biāo)準(zhǔn)熱處理后的精化模鍛件，室溫或高溫機(jī)械性能都很高，與產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比，a,比技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高18%,02高15%,δs高73%,ψ高79%,Ax高116%,持久強(qiáng)度合格。而且，標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶水冷件的綜合性能更高。模鍛件的最終機(jī)械性能水平?jīng)Q定于模鍛件的模鍛工藝，因此，現(xiàn)執(zhí)行的精化模鍛件的模鍛工藝是切實(shí)可行的。但是，模鍛件的低倍粗晶尺寸接近技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上限(～φ1.5mm),高倍晶粒也不均勻，這是精化模鍛件模鍛工藝不容忽視的問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，重新進(jìn)行了精化模鍛件的模鍛試驗(yàn)：將模鍛加熱溫度降低到1140℃,其余工藝參數(shù)下變化。解剖證明，模鍛件機(jī)械性能仍保持原有水平，低倍粗晶完全消除，高倍晶粒均勻性提高。

4?結(jié)?語(yǔ)

(1)?模鍛加熱溫度采用1140℃,使用現(xiàn)行模鍛工藝，標(biāo)準(zhǔn)熱處理后的承力環(huán)精化模鍛件，綜合性能很高，組織也很理想。

(2)?直接時(shí)效模鍛件的室溫性能很高，但持久強(qiáng)度不合格，原因是晶粒太細(xì)，未經(jīng)固溶處理，晶界沒(méi)有得到足夠擴(kuò)散強(qiáng)化；添加預(yù)備熱處理工藝，模鍛件性能基本與標(biāo)準(zhǔn)熱處理模鍛件相似，但沖擊韌性有所降低，原因是預(yù)備熱處理對(duì)晶界有定型作用，標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶過(guò)程中晶界元素過(guò)量富集。

(3)標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶溫度在1050～1080℃范圍內(nèi)，晶粒尺寸基本不變化，晶界寬度和晶界相數(shù)量隨溫度升高逐步增加，在其他性能基本不變化的同時(shí)，室溫ψ,ax值隨溫度升高而明顯降低。為調(diào)整模鍛件性能而采用預(yù)備熱處理時(shí)，可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱處理固溶溫度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。