冷卻方式對GH720Li合金耐磨板固溶處理組織及力學性能的影響

  GH720Li合金耐(nai)磨板具(ju)有較高(gao)(gao)的(de)使用(yong)溫度和高(gao)(gao)溫強度,是750℃左右高(gao)(gao)性能(neng)變形渦輪(lun)盤的(de)首選材料(liao)。廣泛用(yong)于(yu)國外航(hang)(hang)空發動機中,如Rolls-Royce公(gong)司(si)的(de)BR700及Allison公(gong)司(si)的(de)GMA2100、GMA3007、T406、T800等高(gao)(gao)性能(neng)航(hang)(hang)空發動機的(de)渦輪(lun)盤,在我國大(da)量應用(yong)于(yu)高(gao)(gao)性能(neng)燃氣(qi)渦輪(lun)盤材料(liao)。

  GH720Li合金耐磨板優(you)(you)異的(de)(de)性(xing)能主(zhu)要源于其(qi)細(xi)晶(jing)組織、最高(gao)(gao)達50%的(de)(de)強化相(xiang)γ'相(xiang)體積含量和(he)多種尺(chi)寸γ'相(xiang)的(de)(de)合理(li)匹配(pei),而(er)γ'相(xiang)的(de)(de)沉(chen)淀強化效果對GH720Li合金耐磨板(ban)的(de)(de)力(li)學性(xing)能尤其(qi)重要。由(you)于γ'相(xiang)的(de)(de)形(xing)核(he)和(he)長(chang)大對固溶(rong)處理(li)后(hou)的(de)(de)冷(leng)卻速度極(ji)其(qi)敏感,而(er)冷(leng)卻速度與盤(pan)鍛件(jian)固溶(rong)冷(leng)卻時冷(leng)卻介(jie)質的(de)(de)選擇密切(qie)相(xiang)關。為(wei)保證批量燃氣渦輪盤(pan)在服(fu)役條(tiao)件(jian)下的(de)(de)高(gao)(gao)性(xing)能、高(gao)(gao)穩定(ding)性(xing)和(he)長(chang)壽命,科研人員系(xi)統研究了3種冷(leng)卻介(jie)質(空(kong)氣、油和(he)水)對GH720Li合金耐磨板(ban)組織(主(zhu)要為(wei)γ'相(xiang))及力(li)學性(xing)能的(de)(de)影響規(gui)律,為(wei)優(you)(you)化熱(re)處理(li)工藝參數提供參考(kao)。

  試驗材料從等溫鍛造制(zhi)備的(de)(de)GH720Li合(he)金耐磨板盤鍛件(jian)上切(qie)取。試驗用GH720Li合(he)金耐磨板鍛態(tai)原始(shi)晶粒平均(jun)尺寸(cun)約為10μm(ASTM9~10級(ji)),分布(bu)均(jun)勻,晶界(jie)上均(jun)勻分布(bu)著1~5μm左(zuo)右的(de)(de)一(yi)次(ci)γ'相,晶內彌散(san)分布(bu)著500nm以下的(de)(de)冷卻γ'相,鍛后冷卻過(guo)(guo)程(cheng)中析(xi)出的(de)(de)γ'相在固溶過(guo)(guo)程(cheng)中回溶,然后在固溶冷卻和隨(sui)后的(de)(de)時效過(guo)(guo)程(cheng)中再次(ci)析(xi)出γ'相。

  試樣采用(yong)(yong)線切(qie)割從GH720Li合金耐磨板鍛態盤件上沿弦向切(qie)取,經(jing)1090℃固(gu)溶保溫4h,然后分別進行(xing)空冷、油(you)冷和水冷,完成(cheng)固(gu)溶處理,隨后對試樣統一進行(xing)時效處理(650℃×24h,AC+760℃×16h,AC),用(yong)(yong)于(yu)晶粒度觀察(cha)(cha)、γ'相的(de)觀察(cha)(cha)以及典型力(li)學性(xing)能(室溫和650℃拉伸性(xing)能)的(de)測試。試驗結果(guo)如下:

  (1)根據試驗條件,冷卻方式對GH720Li合金耐磨板晶粒尺寸和一次γ'相基本無影響;冷卻介質主要影響固溶冷卻過程中析出的冷卻γ'相(二次和三次γ'相)。隨著冷卻速度的提高,起主要強化作用的三次γ'相平均尺寸依次為空冷>油冷>水冷,三次γ'相密度依次為空冷<油冷<水冷。
  (2)隨著冷速的提高,GH720Li合金耐磨板的室溫和高溫強度依次為空冷<油冷<水冷,而塑性依次為空冷>油冷>水冷,強度與塑性的變化與固溶冷卻過程中析出的三次γ'相的密度和尺寸密切相關。
  (3)在(zai)確保GH720Li合金耐磨板(ban)強度和塑性的(de)前(qian)提下,固溶后宜采(cai)用油冷,以減(jian)少因熱應力而造(zao)成盤件畸(ji)變甚至(zhi)開裂的(de)風險。