文／鄧瑞剛，薛強(qiáng)，廖毅·陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司

王建國(guó)·西北工業(yè)大學(xué)

利用金相及SEM分析了相同工藝制備的外形結(jié)構(gòu)類(lèi)似GH4169合金壓氣機(jī)盤(pán)鍛件的持久試樣組織，結(jié)果表明：①晶粒尺寸顯著影響GH4169合金的持久性能，尺寸增大可以有效提高持久壽命；②相近晶粒尺寸條件下，一定范圍內(nèi)δ相含量越高持久性能越好。

GH4169合金是一種以面心立方奧氏體為基，以γ"相[Ni3(Nb，Al，Ti)]為主要強(qiáng)化相并輔以γ'相[Ni3(Al，Ti)]強(qiáng)化的鎳基高溫合金，在650℃以下具有較高的強(qiáng)度及塑性，良好的持久性能，是目前高溫合金領(lǐng)域發(fā)展最成功、用途最廣泛的合金，廣泛用于航空航天領(lǐng)域，特別在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤(pán)和渦輪盤(pán)零件上是最主要的材料之一。近年來(lái)，我國(guó)在發(fā)動(dòng)機(jī)鍛件研制過(guò)程中多次出現(xiàn)GH4169合金壓氣機(jī)盤(pán)鍛件持久性能不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象，本文以液壓機(jī)成形的盤(pán)鍛件為研究對(duì)象，分析了組織對(duì)持久性能的影響規(guī)律。

試料狀態(tài)

研究用試料均為國(guó)外GH4169棒料于1010℃兩火次鐓餅+1000℃油壓機(jī)模鍛制備的壓氣機(jī)盤(pán)鍛件，其中編號(hào)11、12、13試樣取自持久性能不合格（見(jiàn)表1）的盤(pán)鍛件，編號(hào)21、22、23試樣取自持久性能合格（見(jiàn)表1）的盤(pán)鍛件，兩件盤(pán)鍛件結(jié)構(gòu)尺寸相似，鍛件制備過(guò)程中加熱溫度相同，變形量相當(dāng)。

表1 試樣編號(hào)及持久性能

結(jié)果與分析

圖1 不同試樣的金相組織

表2 不同試樣的晶粒尺寸

圖1為不同試樣的金相照片，經(jīng)過(guò)晶粒統(tǒng)計(jì)得到不同試樣的晶粒尺寸如表2所示?？梢钥闯鲈撆懠恼w晶粒度較細(xì)，均在ASTM10級(jí)以上，與圖2前期持久性能較好（晶粒度ASTM10級(jí)，持久67h）鍛件的組織相比較細(xì)，這應(yīng)該是本批鍛件整體持久性能較低的一個(gè)主要原因。試樣23持久性能相對(duì)較好，與其他試樣相比最大的特征也是其晶粒尺寸稍稍較大，因?yàn)樵诟邷貭顟B(tài)下，晶界是薄弱環(huán)節(jié)，晶粒尺寸增大，晶界面積減少，持久斷裂擴(kuò)展的通道就減少了，從而提高了持久性能。

圖2 持久性能較好盤(pán)件組織

圖3為其試樣在1k倍下的掃描照片，從圖中可以看出各試樣的δ相的含量與分布情況，并對(duì)不同試樣的δ相的含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)如表3所示。可以看出，合格盤(pán)鍛件的δ相的含量普遍偏高，δ相的減少會(huì)對(duì)盤(pán)件的性能有一定的影響。

δ相（Ni3Nb）不是GH4169合金的強(qiáng)化相，其析出會(huì)消耗部分的γ"相形成元素Nb，降低材料的強(qiáng)度，提高材料的塑韌性，若析出過(guò)多或以針狀析出也會(huì)對(duì)塑性不利，且影響合金的持久性能，但δ相對(duì)提高晶界強(qiáng)度有重要作用，均勻分布的球狀和短棒狀δ相有助于細(xì)化晶粒、釋放晶界周?chē)膽?yīng)力集中，平衡晶界強(qiáng)度。因此對(duì)GH4169合金而言，δ相與γ"相存在交互作用，兩者共同決定合金力學(xué)性能，δ相含量存在一最佳的范圍。楊玉榮等人曾以國(guó)產(chǎn)材料為研究對(duì)象，在其實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)5%左右的δ相對(duì)持久壽命貢獻(xiàn)最大，但本批國(guó)外材料鍛件直至12%的δ相含量仍表現(xiàn)為有益于持久壽命，試樣22與不合格盤(pán)件組織晶粒度相當(dāng)，持久壽命明顯高于編號(hào)為11、12、13的試樣，持久性能的差異主要是受δ相差異的影響。

圖3 不同試樣的δ相分布

表3 不同試樣的δ相含量

圖4為試樣在30k倍下的掃描照片，可以看出各個(gè)標(biāo)號(hào)下的γ"相均勻分布，在尺寸、含量及形態(tài)上并沒(méi)有較大的差別，因此初步判斷γ"相對(duì)盤(pán)件在持久性能上的影響并不大。

圖4 不同試樣的γ"相分布

結(jié)論

⑴GH4169合金鍛件的晶粒度顯著影響其持久性能，晶粒尺寸增大可以有效提高持久性能；

⑵相近晶粒尺寸條件下，一定范圍內(nèi)δ相含量越高持久性能越好。