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行业技术|固溶温度对GH864合金组织性能的影响

   更新日期:2017-03-26     来源:建材之家    作者:博一建材  浏览:89    评论:0    
核心提示:在高温、高应力及燃/烟气腐蚀条件下工作时,镍基高温合金因其具有高强度、耐高温、高韧性以及较低的裂纹扩展速率等优势,越来越受到人们的关注。GH864合金是γ'相沉淀硬化型镍基高温合金,通过γ'相、少量的MC及M23C6碳化物起强化作用,具有良好的强韧化匹配,该合金在760℃以下具有高的拉伸和持久强度,在870℃以下具有良好的抗氧化性能,广泛应用于航空航天、石油化工领域的各种热
博一建材讯:在高温、高应力及燃/烟气腐蚀条件下工作时,镍基高温合金因其具有高强度、耐高温、高韧性以及较低的裂纹扩展速率等优势,越来越受到人们的关注。

GH864合金是γ'相沉淀硬化型镍基高温合金,通过γ'相、少量的MC及M23C6碳化物起强化作用,具有良好的强韧化匹配,该合金在760℃以下具有高的拉伸和持久强度,在870℃以下具有良好的抗氧化性能,广泛应用于航空航天、石油化工领域的各种热端部件和发动机部件等。我国1986年开始,将该合金作为制造1万千瓦烟气轮机的涡轮盘和涡轮叶片材料。虽然该合金已经大量应用在烟气轮机上,但对该合金涡轮叶片的固溶热处理制度与力学性能之间关系仍有争议。尤其是目前烟气轮机涡轮叶片采用的热处理工艺为:1080℃×4h/AC+845℃×24h/AC+760℃×16h/AC,但是经过该工艺处理后的烟机叶片在运行较短时间后就会断裂。北京科技大学的研究人员对GH864合金固溶处理温度工艺进行了实验研究,即,对该合金的力学性能(如室温冲击性能、室温硬度、高温拉伸性能及高温裂纹扩展扩展速率等)进行研究,还对合金不同固溶温度下组织变化情况(包括晶粒度、强化相及晶界碳化物形貌)进行研究,以确定最佳的固溶处理温度,为GH864合金叶片的生产提供实验依据。

实验合金采用真空感应+真空自耗(VIM+VAR)双联工艺冶炼,合金锭型为Φ508mm,在1190℃扩散退火20~24h后,再加热至1160℃进行开坯锻造至4l0mm锻坯,终锻温度为910~980℃,再由快锻锤锻成西90mm×90mm圆棒,经轧机一火轧成Φ48mm棒材,轧制加热温度为1150℃,终轧温度为1030℃。

实验用样品在Φ48mm棒材中心上取样,分别加热至1040、1060、1080℃保温4h后空冷(AC)至室温,然后进行相同双时效处理:845℃×24h/AC+760℃×16h/AC。将不同温度固溶处理后的试样块,按照相关力学性能国家标准,机加工成试样,进行室温硬度(HBW)、室温冲击韧性(GB229-84标准u型缺口样)、815℃高温拉伸性能、815℃/325MPa条件下的持久性能及650℃裂纹扩展性能等力学性能测试。研究结果表明:

(1)在固溶温度1040~1080℃范围内,随着固溶温度的上升,GH864合金晶粒尺寸逐渐长大,合金的塑性逐渐下降,但是塑性下降的速率逐渐降低。同时,随着固溶温度的提高,合金抗拉强度几乎变化不大,但是屈服强度在1060℃固溶时,达到峰值,温度进一步上升合金屈服强度下降。该叶片用GH864合金最佳的晶粒尺寸为135μm;

(2)GH864合金冲击断裂模式,随着固溶处理温度的提高,晶粒的逐渐长大,合金逐渐呈现脆性沿晶断裂。而高温持久性能则表现出一定的韧窝状断口;

(3)在1040~1080℃固溶温度范围内,为了达到GH864合金最佳的强韧性匹配,建议叶片用GH864合金固溶处理工艺为:1060℃×4h/AC+845℃×24h/AC+760℃×16h/AC。此时,裂纹扩展速率最低,持久寿命最长,屈服强度达到很高的峰值,同时韧性较好。

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