GH2132合金是以15Cr-25Ni-Fe為基體,以金屬間化合物γ'相(Ni3AlTi)為強(qiáng)化相的新型低膨脹高溫合金,具有良好的熱硬性,可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力盤、渦輪盤、葉片、承力環(huán)、機(jī)匣、緊固件和板材焊接承力件等。GH2132的主要強(qiáng)化相是彌散分布的γ'相,因此熱處理工藝對合金的力學(xué)性能具有重要影響。某單位在GH2132合金葉片的生產(chǎn)實(shí)踐中,發(fā)現(xiàn)采用標(biāo)準(zhǔn)雙時(shí)效制度(900℃×2h,油冷;時(shí)效:705℃×16h,空冷;650℃×16h,空冷)對鍛件進(jìn)行熱處理,出現(xiàn)多批次零件一次熱處理后屈服強(qiáng)度不合格的現(xiàn)象。通過改進(jìn)合金的鍛造工藝和控制合金中Cr、Ti元素的含量,可以有效提高合金的屈服強(qiáng)度。然而也有研究表明屈服強(qiáng)度不合格現(xiàn)象與熱處理過程中γ'相的析出情況有關(guān),與原材料關(guān)系不大。為解決這一問題,一般采用改善熱處理工藝的方式來提高合金的屈服強(qiáng)度。為節(jié)約成本,提高成品率,需研究熱處理制度對GH2132合金組織轉(zhuǎn)變和性能影響,進(jìn)而提出改進(jìn)方案。研究人員系統(tǒng)研究了不同熱處理制度對合金組織和性能的影響,明確熱處理制度與合金力學(xué)性能之間的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)材料為GH2132合金,采用的熱處理制度主要有兩種:一種是參照GH2132合金標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度制定的固溶+時(shí)效的熱處理方案;另一種熱處理制度是無固溶處理,鍛造后的合金直接進(jìn)行時(shí)效處理,具體熱處理方案如表1所示。
表1 熱處理制度
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試樣編號(hào)
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熱處理制度
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固溶+時(shí)效
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A
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HA:900℃/2h/OQ+705℃/16h/AC+650℃/16h/AC
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B
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HB:HA+695℃/16h/AC+650℃/16h/AC
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C
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HC:HA+710℃/16h/AC+650℃/16h/AC
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D
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HD:HA+720℃/16h/AC+650℃/16h/AC
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直接時(shí)效
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E
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HE:705℃/16h/AC+650℃/16h/AC
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F
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HF:650℃/16h/AC
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采用Thermo-Calc軟件對GH2132合金中可能析出的平衡相進(jìn)行了熱力學(xué)模擬,揭示各相的析出規(guī)律。采用光學(xué)顯微鏡觀察熱處理前后合金中析出相和晶粒尺寸,采用S-3400型鎢燈絲掃描電鏡觀察不同熱處理制度下合金中γ'相的數(shù)量、大小和分布情況。并對采用不同熱處理后的樣品在Instronn 5569電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:
(1)GH2132合金熱處理后γ'相的尺寸和數(shù)量均影響合金的強(qiáng)度,當(dāng)時(shí)效溫度處于690~720℃之間時(shí),γ'相具有******強(qiáng)化效果。
(2)時(shí)效溫度對合金的強(qiáng)度影響較大,隨時(shí)效溫度升高,合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均升高。選擇合適的直接時(shí)效工藝,合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也可以滿足實(shí)際生產(chǎn)中的技術(shù)要求。
(3)固溶處理對合金強(qiáng)度的影響相比于時(shí)效處理較小,但是固溶處理可以調(diào)整合金的晶粒尺寸。采用固溶處理與多次時(shí)效處理相結(jié)合的熱處理方案既可滿足合金對強(qiáng)度的要求,也可以降低成本,提高合金成品率。