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热加工工艺对GH2150镍基合金微观组织的影响

2022-12-23 17:44 作者:上海雄钢合金  | 我要投稿

上海雄钢特种合金有限公司

GH2150合金棒材在大推力航空发动机上用于制造静子与转动叶片,使用温度可达600℃。GH2150合金棒材的技术条件中,Ni(43/47)和Mo(4.0/5.2)的含量比原用GH2150板材和环形件合金有所降低,微量元素B(≥0.008)和Zr(≤0.02)的含量控制得更严,而Ce(≤0.10)的含量提高了近4倍。我国以前研制过GH2150板材和环形件合金,在航空发动机上已得到成功应用,但从以上对比中可见,其化学成分与GH2150棒材合金的确实存在一些差别。因此,有必要开展对GH2150合金棒材热加工工艺性能的试验与研究,这对于通过控制热变形参数获得理想的组织与性能尤为关键,也为GH2150合金棒材加工制造叶片提供了数据参考。

1实验方法

试验材料取自抚钢大锭型(Φ406mm)生产的Φ24mm的GH2150合金轧制棒材,合金化学成分为(质量分数,%):C0.06,Cr14.82,Ni45.42,W2.87,Mo4.50,Nb1.11,Ti2.10,Al1.14,B0.006,Ce0.002,Zr0.02,Fe余量。试样先进行了预固溶热处理,使得热模拟试验时试样的状态与实际模锻叶片时的组织相近。试验设备为Gleeble-1500热模拟试验机,形变速率为10/s(与模锻机的压下速率相近),变形温度分别为:1000℃、1030℃、1050℃、1080℃、1100℃、1130℃,变形量为5%、10%、15%、20%、30%、40%、50%、60%、70%。然后测试在不同温度及不同变形量条件下的变形抗力,绘制真应力.应变曲线:观察试样经热模拟后的动态再结晶情况:观察试样经热模拟试验后,再经1080℃x2h,油冷的固溶处理的回复再结晶情况,并绘制GH2150合金的热塑性图。

2实验结果与讨论

2.1GH2150合金不同温度预处理后的金相组织

图1为1000℃和1130℃预处理后的晶粒度观察情况,GH2150合金棒材的品粒长大趋势可见图2所示。随预处理温度的升高,合金的晶粒度逐渐增大,1000℃(下限温度)固溶处理后仍保留有大量的棒材轧态变形组织,而1130℃(上限温度)固溶处理后晶粒度可达ASTM2~3。

2.2GH2150合金热模拟试样的金相组织

在1000℃、1050℃、1100℃进行不同变形量的热模拟压缩试验,其组织状态见图3。

可见,1000℃变形小于10%时,没有发生动态再结晶,1050℃变形量大于10%后,开始发生动态再结晶。同一变形温度下,随着变形量的增大,合金发生动态再结晶的比例增大。相同变形量下,变形温度越高,合金发生动态再结晶的比例越高,且晶粒组织呈长大趋势。而且,GH2150合金1050℃~1120℃加热变形是较为合适的,在此温度范围内表现出良好的塑性,变形达70%未出现裂纹,动态再结晶的分析结果表明1050℃变形50%即可得到90%的动态再结晶,这将保证最终锻件的组织均匀和性能稳定。

2.3GH2150合金热模拟试样经1080℃固溶处理后的金相组织观察

对经不同温度(1000℃、1050℃、1100℃)及不同变形量热模拟压缩试验后的试样,进行了1080℃x2h,油冷的固洛热处理,然后对其回复与再结晶组织进行了观察,结果见图4所示。不同温度及变形量压缩后,再经过固溶处理后晶粒的长大趋势见图5所示。

可见,GH2150合金的热模拟试样经1080℃x2h处理后,晶粒长大倾向较为明显。1030℃~1080℃变形20%~70%,经1040℃×2h处理,不会引起晶粒粗大。但是,1100℃和5%、10%形变量压缩时,1080℃固溶处理后的晶粒极大,产生了临界变形量现象。

2.4GH2150合金经1080℃固溶处理后的热模拟真应力一应变曲线

GH2150合金经1080℃固溶处理后,在不同温度及不同形变量时的热模拟真应力一真应变图见图6。

可见,GH2150合金具有良好的塑性,热模拟试样经1080℃×2h处理后,在此温度范围内产生40%的变形时的最大应力为320MPa~420MPa,较佳的变形温度范围可选为1040℃~1130℃。

2.5GH2150合金热塑性图

对GH2150合金不同温度及变形量时的塑性图进行了绘制,1080℃固溶处理后的平均晶粒尺寸变化结果见图7。值得关注的是,从整体晶粒度变化分布中可见,在1100℃时进行小变量(5%、10%)的压缩时,1080℃固溶处理后确实出现了临界变形量现象。

3结论

1.GH2150合金具有良好的塑性,930℃~1130℃变形5%~70%的试样表面质量良好,剖开心部均未出现开裂现象。较佳的变形温度范围可选为1040℃~1130℃,变形量可达70%。

2)不同温度和不同变形量压缩的试样剖开心部压缩变形组织中,1000℃压缩的试样晶粒很细小,仍保持变形组织的形貌,基本未发生完全的动态再结晶现象。1050℃和1100℃在形变量小时晶粒较大且均匀,形变量大时晶粒较为细小,有少量混晶出现,为不完全再结晶组织。

3)压缩试验后经1080℃固溶处理后,均发生了不同程度的回复与再结晶现象。1080℃固溶处理时的晶粒长大倾向较为明显,而且1100℃和5%、10%形变量压缩时,1080℃固溶处理后的晶粒极大,产生了临界变形量现象。



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