Page 38 - 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

７６０ ℃×８h等温时效热处理( 空冷) 后, 最靠近盘 试样) 还是盘缘处( １７ 号试样), 沿晶界都存在较多
缘和盘心 放 大 ５００ 倍 下 的 晶 粒 形 貌 如 图 ２ 所 示. 的颗粒状析出相, 该析出相应该主要是一次 γ′ 相.
其中, 图 ２a ) 为最靠近盘心处的 １ 号试样的晶粒形 但盘心处析出相尺寸分化明显, 较大的析出相和较
貌, 图 ２b ) 为最靠近盘缘的 １７ 号试样的晶粒形貌, 小的析出相尺寸相差明显; 而盘缘处的析出相尺寸
可见 １ 号 试 样 的 晶 粒 尺 寸 明 显 比 １７ 号 试 样 的 要 则较为平均.出现这一差异主要是因为盘心在固溶
小.依据 GB / T６３９４－２００２ 对各个试样的实际晶 处理后的冷却速率较低, 析出相形成元素有充分时
粒尺寸进 行 测 量 分 析, 结 果 １ 号 试 样 的 平 均 晶 粒 间进行扩散, 导致晶粒内冷却二次 γ′ 相尺寸较大,
直径 约 为 ８ μ m , １７ 号 试 样 的 平 均 晶 粒 直 径 约 所以析出相尺寸差异较大; 而盘缘处冷却速率较大,
为 １１ μ m . 晶粒内二次 γ′ 析出相来不及长大.
对由盘心到盘缘晶粒直径逐渐变大这一趋势的
现象进行分析, 其主要原因有以下两个.
( １ )固溶热处理的影响
一般来说, 固溶热处理的时间越长, 温度越高,
材料晶粒尺寸则越大 [ ６ ] .对于该试验涡轮盘来说,
由于其尺寸较大, 故而在固溶升温时, 最靠近外缘的
部位温度上升要更快一些, 从而使得越靠外的位置
在固溶热处理时保温的时间越久, 则晶粒增大幅度
越大; 而靠近盘心处则正好相反.
( ２ )变形工艺的影响
对于 该 点, ZHOU 等 [ ７ ] 进 行 过 相 关 方 面 的 研
究.在进行 ３ 维多向锻造时, 通常越靠近盘心处, 其
变形量越大, 则晶粒尺寸相对越小; 而靠近外缘的位
置, 由于变形量较小, 因而晶粒尺寸相对较大.
材料的性能由其组织和结构决定, 组织和结构
的差异会导致材料在最终使用性能上的不同.晶粒
图 ２ １ 号和 １７ 号试样放大 ５００ 倍下的晶粒形貌 尺寸为影响材料性能的重要因素之一, 通常晶粒越
Fi g 敭２ Themor p holo gy of g rainsofa s p ecimen１ 细, 材料的强度就越高, 材料塑性也在一定程度上得
andb s p ecimen１７ma g nified５００times
到改善.在实际应用中, 涡轮盘不同部位所处环境
１７ 个试样的平均晶粒直径分布趋势如图 ３ 所 也是不一样的, 其中轮毂部位工作温度相对较低, 但
示, 可见从 １ 号到 １７ 号试样, 平均晶粒直径基本呈
它需要承受更多的扭转作用; 而盘缘部位的工作温
现线性增长趋势, 线性关系为 y＝０．１６２５x＋８．０８８
度则较高一些, 需要保证足够的持久、 蠕变和抗疲劳
( 其中, 为平均晶粒直径, x 为试样编号), 且线性 裂纹扩展性能 [ ８ ] .这一工作条件要求盘件不同部位
y
符合较好, 相关度 R ＝０．８０５ .
２
有着不同晶粒尺寸的显微组织, 其中盘心处要求细
对比图 ２a ) 和图 ２b ) 可见, 无论是盘心处( １ 号
晶粒组织, 而盘缘处则应具备粗晶粒组织, 该试验所
研究的涡轮盘正好符合这一要求.
２．２ 平均硬度测试结果和分析
硬度是评价涡轮盘用镍基高温合金的重要性能
指标.通过对各种高温合金进行试验发现, 合金硬
度与强度 之 间 存 在 较 好 的 线 性 关 系 [ ９Ｇ１０ ] .另 一 方
面, 在实际使用时, 盘件塑性变形比较小, 一般强调
更多的是合金的高强度.同时基于所取分析试样的
图 ３ 平均晶粒直径 Ｇ 位置曲线
尺寸, 用所测合金的显微硬度来反映其实际的一些
Fi g 敭３ Thecurvebetweentheavera g e g raindiametersandthelocations
强化效果.
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