镍基高温合金（GH2787）材质简介

2023-06-15 11:04 作者:bili_44862803453 0人读过 | 我要投稿

GH 2787合金是Fe-Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金，长期使用温度范围在500～750℃之间，最高使用温度800℃,主要用作压气机叶片等其他高温部件[1-4].GH2787合金主要通过加入Cr、W元素进行固溶强化，加入Al、Ti元素进行沉淀强化. GH2787合金是以y'为强化相的合金，固溶工艺影响合金的晶粒尺寸、y'沉淀相的体积分数，同时合金的性能与变形过程中组织演变密切相关.为此，本文对GH2787合金进行了不同温度的固溶处理，并研究了变形温度对组织性能的影响规律，以进一步系统分析该类合金工艺、组织和性能之间的关系以及变形组织演化特点，为GH2787合金组织性能的控制及优化提供科学依据以及合金的生产使用奠定理论基础

1 实验材料与方法

本实验采用直径22mm的GH2787合金棒材，化学成分见表1.通过Thermo -Cale Software计算软件，选用Ni-data7数据库计算了GH2787合金上限成分、下限成分和实际成分合金中y'相溶解温度分别为970,940和955℃左右，如图1所示.为了研究热处理温度对组织性能的影响，棒材分别在900、940和980℃进行1h固溶处理，然后对固溶处理的材料进行组织观察、显微硬度测试和不同温度(25、550和750℃)的力学性能测试，并对拉伸变形后的组织进行SEM和TEM分析.

2 实验结果与分析

图2显示了固溶温度对合金显微硬度的影响，加载荷重为500g,加载时间为15 s.从图2可以看出，900、940和980℃固溶处理合金的维氏硬度分别为HV290、HV280和HV220,随着固溶处理温度的升高，合金的显微硬度值明显降低.

图3显示了不同固溶温度处理后合金的工程应力-应变曲线.GH2787合金在拉伸过程经过弹性变形后，发生屈服，然后进行塑性变形，在整个塑性变形过程中均发生加工硬化，无应变软化现象.但合金在550℃拉伸时，拉伸应力应变曲线上出现锯齿状现象，该现象与固溶处理温度无关；此现象为动态应变时效现象，许多金属和合金在一定的温度和应变速率范围内均发生动态应变时效.发生动态应变时效的机理与合金中间隙原子(C)与可动位错的相互作用有关[5-8].

表2显示了不同固溶温度处理后GH2787合金在不同温度下的力学性能.从表2可以看出，随着固溶温度的升高，合金的屈服强度明显降低.此外，在25～750℃拉伸温度范围内，合金的延伸率在46.5%～19.5%之间，说明该合金具有良好的室温和高温塑性.

图4显示了GH2787合金在不同固溶处理后的金相组织，可以看出，980、940和900℃固溶处理后合金的晶粒尺寸分别在40、30和20μm左右.图5是固溶热处理合金的扫描电镜显微组织.从图中可以看出，当固溶温度高于y'溶解温度(980℃)时，在样品的部分区域观察到小尺寸的y',且分布不均匀(图5(a));当固溶温度在y'溶解温度附近(940℃)时，样品中的y'尺寸明显增大，但是分布依然不均匀，并且出现“团簇”的现象(图5(b));当固溶温度低于y'溶解温度(900℃)时，在样品中观察到大量弥散分布的y'(图5(c))

90℃固溶处理样品的屈服强度明显高于940℃和980℃处理的样品.这是与多晶高温合金的强度主要与合金的晶粒尺寸、y'沉淀相的体积分数及分布状态、(Ti,W,M)C型碳化物的晶界强化有关.从图6中可以看出合金的变形机制主要是位错滑移.而在位错滑移过程中y'析出相、针状析出相及晶界是位错滑移的主要障碍.从图6(a)中可以看出位错在遇到y'析出相时，采用绕过的方式绕过y'.而当位错运动至针状η相界面处，η相成为位错运动的障碍，因此位错大量塞积在针状析出相界面处，如图6(b)所示.此外，在晶界处位错大量塞积，晶界成为位错运动的障碍(图6(c)).因此，为了提高GH2787合金的力学性能，需要在热处理过程中严格控制热处理工艺，降低晶粒尺寸，增加晶界数量，增加阻碍位错运动的障碍.从图6至图8的TEM组织中可以看出，随着固溶温度的升高，合金中的析出相逐渐减少，合金变形时位错在基体中滑移所受的阻力较小，位错主要在晶界处塞积.由图5可知，980 ℃固溶处理后合金中的y'体积分数降低且y'直径较小，因此在室温拉伸变形过程中，位错主要是在晶界处塞积，如图4所示.此外，由于980℃固溶处理样品的晶粒尺寸(40μm)大于940℃的尺寸(30μm),晶界数量减少，根据Hall-Petch关系，980 ℃固溶温度下合金的屈服强度也大于940 ℃.因此在980℃时合金的拉伸强度最低.