GH2036镍基合金质量问题分析与讨论
1前言
GH2036台金是以VD、M23C6碳化物为主要强化相的铁基高温台金，主要用于WP一8发动机的一级盘、二级盘和承力环。近年来，由长钢三厂供四三O厂的GH2036合金饼坯(经德阳二重模锻)，在四三O厂的探伤和腐蚀工序中发现有裂纹、夹杂等缺陷。通过对一系列缺陷盘件进行解剖分析，发现这些缺陷多属于由碳化物、氧化物夹杂引起的裂纹，并且反应在1998年生产的钢锭靠近尾部的盘件上。本文通过对这些缺陷的分析与探讨，提出相应的工艺改进措施，确保GH2036合金质量的稳定性。从用户对1999～2000年生产的GH2036合金反馈的质量信息看，取得了较满意的效果。
2缺陷类型
将1996、1998年生产的GH2036的缺陷类型归于表1。
3缺陷产生原因分析
3.1异金属夹杂
3.1.1对于“386—261—3”盘件的调查中发现，该炉号的电极棒有裂缝，电渣操作工人用非本钢焊条焊接焊缝，在重熔过程中，焊块掉进金属溶池产生异金属夹杂。
3.1、2对“388—5281—3”盘件的缺陷分析
(1)缺陷历史机加工接近最终尺寸时，发现有“让刀”和“啃刀”现象。
(2)缺现部位(见图1a)
(3)金相观察(见图1b、c)
该缺陷为方形、白色块状物，与基本界限分明，显微组织不同，比GH2036更耐腐蚀。
(4)能谱分析结果
白色块状物能谱分析结果
elmt Element/％ atonic/％
Co K 6.35 17.46
W M 93.65 82.54
加工用刀具刀头能谱分析结果
elmt Element/％ atonic/％
Co 6.06
W 93.94
二者化学成分基本相同，该盘件缺陷属加工用刀具刀头残留物。
3.2碳化物堆集引起的裂纹
3.2.1缺陷历史
在机加工过程中发现，轮幅最高凸台上近周向处有一长约8mm的裂纹，解剖后观查距表面7mm，与凸台呈45°角。
3.2.2金相观察结果
对“388—3021—3”盘件的解剖试样做金相观察+发现裂纹边缘有明显的碳化物堆集(图2a抛光试样x100)。裂纹沿夹杂物密集分布的方向伸展，腐蚀后发现裂纹两侧有明显的贫碳区(图2b腐蚀后试样x100)。
3.2.3原因分析
(1)电渣钢锭尾部质量差
电渣钢的冶炼工艺特点决定了电渣锭尾部质量较差。电渣重熔初期，渣温相对较低，金属熔池的形成也需要一个过程，金属熔滴的凝固速度较快，夹杂物来不及上浮，碳化物不能充分扩散而产生较严重的偏聚现象，形成碳化物的堆集，并且在其周围形成贫碳区(如图2b)。这种缺陷容易在钢锭尾部“沉积锥”部分出现。
当正常重熔后，金属熔池已经形成，渣池和金属熔池温度升高到正常重熔温度，大块的碳化物和非金属夹杂物可充分上浮和分散，碳化物偏聚现象减少，组织结构正常。
(2)不同固溶温度对碳化物的影响
GH2036合金是以碳化物为强化相的高温合金，其碳含量高达0．34～0．40％，强化相主要是弥散的Vc和M23c6，以及不可避免的一小部分一次MC相。这些碳化物只有在相当高的温度下才能溶解。而一次的Mc(主要是NbC)即使在1200~C的高温也难以完全溶解(如图3)。
在1170±1090的锻造温度下，一次的vC和N6C很难完全固溶，钢锭尾部一次碳化物的偏聚现象难以消除，锻造切尾量不足，使这类缺陷残留在钢材中。在模锻的过程中沿碳化和堆集的部位产生裂纹。
3.3氧化物夹杂引起的裂纹
3.3.1缺陷历史
探伤时发现有当量48的缺陷反射信号。解剖后发现该部位有2条长约7mm、12ram的裂纹，距盘件表面距离不足10mm(如图4a)。
3.3.2金相观察结果
对“388—4951—3”盘件的解剖试样做金相观察(如图4b)，裂纹周围有夹杂物密集分布。并沿着夹杂物分布的方向发展。通过电子探针对夹杂物做定性分析，结果夹杂物中si、Mn的含量明显高于基体，Nb含量与基本相同，该夹杂物是含Si、Mn的复台氧化物夹杂(如图5)，该裂纹是氧化物夹杂引起的锻造裂纹。
3.3.3原因分析
据统计，GH2036台金电渣重熔过程中大头c、Mn元素的烧损量如表2所示：
从统计结果看，在重熔过程中不加任何附加剂的情况下。太头Mn元素的烧损量平均达0.45％，最多可达0.69％。为保证成品Mn的最佳含量和大、小头的均匀性.原工艺在化渣是渣中加电解Mn片或金属Mn粉，重熔过程中均匀加Al粉来脱去渣料中的氧来控制Mn含量重熔初期，渣中的不稳定氧化物(如SiO2)与电解Mn结合产生复台氧化物，这些氧化物来不及上浮而凝固在钢锭尾部，锻造切尾量不足，使氧化物夹杂残留在钢材中。
4工艺改进措施
4.1为限制一次碳化物(主要是NbC)的大量形成，熔炼母材时，应控制不太高的C、Nb含量。根据电渣重熔过程合金元素的烧损情况，母材中C=0.36～037％，Nb=0.35％左右。
4.2为减少氧化物夹杂的大量出现，避免电渣重熔过程中加电解Mn片，母材Mn的含量控制在8-8％左右为宜。
4.3对于Φ550mm的电渣锭，其切尾量应大于260Kg。
5结束语
通过对母材化学成分的调整、锻造过程中增大锻比和增加尾部切除量等一系列工艺改进措施，2000年交付四三0厂的CH2036合金饼坯在德阳二重复验时，外观和内部质量明显改善，探伤过程未提出异议(反射信号当量均≤Φ1.5)，晶粒尺寸≤3mm，已达到四三0厂成品的要求，GH2036合金饼坯质量上了一个新台阶。
