Page 37 - 理化检验-化学分册2017第八期

卢毓华, 等: 大尺寸变形 FGH９６ 高温合金涡轮盘晶粒尺寸和硬度相关性的表征

表 １ 各代发动机的涡轮工作条件
Tab敭１ Theturbineworkin g conditionsofdifferent g enerationsofen g ines
代别 第二代 第三代 第四代 第五代
推重比 ５~６ ７~８ ９~１０ １５~２０
涡轮前温度 / ℃ １２５０~１４００ １６００~１７５０ １８５０~１９５０ ２２５０~２３５０
压气机出口总温 / ℃ ６５０~７００ ７００~８００ ８５０~９５０ ９５０~１２００
涡轮盘工作温度 / ℃ ６００ ６５０ ７００ ７８０~９５０
变形高温合金 双性能粉末冶金
变形高温合金
涡轮盘所用材料 高温合金 粉末冶金 纤维增强超合金
粉末冶金
纤维增强超合金 氧化相钛、 铝陶瓷

其本质是通过冶金技术控制消除铸锭的宏观偏析,
１ 试样制备与试验方法
降低微观偏析, 然后通过多向锻造解决组织均匀性
试验材料采用由钢铁研究总院高温材料研究所
的问题.这种铸锭 ＋ 锻造工艺制备的变形 FGH９６
合金的各项力学性能与粉末 FGH９６合金的相当. 制备的大尺寸镍基变形 FGH９６ 高温合金涡轮盘,
要在高温结构中充分挖掘材料的潜力就需要针 该涡轮盘锻造后经过 １０８０ ℃×４h 的固溶热处理
对材料的力学特点进行深入的研究 [ ４ ] .变形 FGH９６ 和 ７６０ ℃×８h 的等温时效热处理. FGH９６ 合金
合金尚处在工程化研制阶段, 因取样位置可能会对材 的化学成分( 质量分数 / ％ ) 如下: ０．０４８C , １５．６９Cr ,
料的性能产生影响 [ ５ ] , 对于大型涡轮盘的不同部位来 １３．１７Co , ３．９８W , ４．０１Mo , ２．２１Al , ３．８５Ti , ０．７１Nb ,
说应该也存在组织和性能的差异, 所以需要系统地研 ０．０３８Zr , ０．０１８B , 余 Ni .
究大尺寸涡轮盘热处理后不同部位微观组织与性能 从涡轮盘上取下一块厚约 １０mm 的纵向切片,
的分布规律, 并积累数据, 为涡轮盘满足服役条件提 然后从盘心到盘缘依次取下尺寸为 ５mm 的１７ 个
ϕ
供试 验 和 理 论 基 础.为 此, 笔 者 对 某 大 尺 寸 变 形 圆柱状试样, 依次编号为 １~１７ 号, 取样位置如图 １
FGH９６高温合金涡轮盘在径向上进行取样, 并对试 所示.其中, 图 １a ) 为获得切片的涡轮盘实物形貌,
样的晶粒尺寸和硬度进行了分析和表征, 建立了涡轮 图 １b ) 和图 １c ) 为取样切片形貌以及各取样点的位
盘各个部位的晶粒尺寸与硬度之间的相互关系. 置示意图.

图 １ 涡轮盘实物形貌、 切片实物形貌、 取样位置示意图及编号
Fi g 敭１ Thea realmor p holo gy oftheturbinedisk b realmor p holo gy ofthesection
andc schematicdia g ramofthesam p lin g locationsandnumbers
进行硬度测试时, 试样经机械研磨、 抛光后, 用 ６min , 使用 Leica光学显微镜和 Lamos金相分析软

Qness显微维氏硬度计在试样抛光面上以 １２×１２ 件进行金相观察.对每个试样在 ５００ 倍金相图片上
( 试验点) 进行硬度采集, 试验载荷为 ４．９N , 加载时 进行晶粒度分析, 得到数据结果后再进行统计分析.
间为 ５s .将得到的每个试样的硬度通过 Excel软
２ 试验结果与讨论
件进行统计分析.
将试样重新进行机械研磨、 抛光, 然后用卡伶试 ２．１ 晶粒尺寸表征结果和分析
剂( ５gCuCl ２＋１００ mL HCl＋１００ mL 酒精) 侵蚀 涡轮盘经１０８０ ℃×４h固溶热处理( 油冷) ＋
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