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为了适应航空航天工业的发展,GH4586A合金的应用由原来的航天领域推广到航空领域,高温合金在航空航天发动机应用中,除了承受较高的温度,还需要在复杂应力作用下长期工作,条件比较恶劣,因此在使用前对其各项物理和力学性能的检验是必不可少的。本文主要研究GH4586A合金在长期时效后的各个不同的热处理制度下的显微组织,以及显微组织对拉伸和持久性能的影响。
首先对GH4586A合金棒材进行1080℃×4hAC+760℃×16hAC的标准热处理,然后分别在750℃、800℃、850℃三个温度进行500、1000、1500、2000小时长期时效处理,对处理过的试样进行拉伸(室温和高温)性能和高温持久性能的测定,同时对合金微观组织进行观察,所用方法包括SEM电镜观察、图象分析仪分析、TEM电镜观察、能谱分析、相分析等。通过这些实验手段,综合分析和研究了合金在不同长期时效制度下的组织、拉伸性能和持久性能的变化规律,以及组织与拉伸、持久性能之间的关系。
合金在长期时效后γ相颗粒大小比较均匀,γ颗粒不断长大且以方形为主,γ相粒子半径与时效时间的关系很好的符合了Oswald的成熟理论;-3r∞kT。
合金中的碳化物有三种,TiC、M6C、M23C6,其中TiC主要分布在晶内,析出量比较稳定;M6C长期时效后不稳定逐渐减少,向M23C6转化;在同一时效温度随时效时间的延长M23C6逐渐增多,M23C6形貌由块状向链状转变,且不断长大;晶界分布的M23C6的形态及数量对合金性能起重要作用。
合金在长期时效后有TCP相析出,其形貌有针状、棒状,时效过程中,TCP相的析出主要受温度和时间控制,随温度的升高或时间的延长,析出速度不断加快,在800℃析出量达到峰值,温度升高到850℃,随时效时间的延长TCP相开始溶解,形貌由长针状变成短的条状或颗粒状。
合金的组织决定合金的性能,由于合金组织的显著变化,合金在长期时效后性能相应改变。GH4586A合金长期时效后,随温度的升高或时效时间的延长,由于γ相尺寸的长大,室温拉伸强度有逐步下降趋势。时效温度在750℃,时效1000小时后,合金室温拉伸塑性突然降低,这是由于此时M23C6数量成倍增加;时效2000小时后TCP相在晶内大量析出,使合金变脆。时效温度在800℃时,TCP相析出速度较快,析出量增多,使合金塑性明显下降。时效温度在850℃时,由于温度升高,时效500小时后,TCP相开始回溶,使合金的塑性开始回升。
合金在750-850℃区间长期时效后高温拉伸强度比较稳定,无明显变化。而高温拉伸塑性在时效温度750℃,时效1500小时由于TCP相大量析出,塑性明显下降。时效温度在800℃和850℃,由于温度的升高,合金的塑性在时效1000小时时降到最低,这是由于TCP相的大量析出和晶界碳化物M23C6由块状向链状转变不充分所造成的。
合金在长期时效过程中持久性能的变化,时效温度在750℃,时效时间从500-1500小时,由于碳化物沿晶析出使持久寿命不断增加,持久强度较高,断裂以沿晶断为主;时效时间到2000小时,由于TCP相大量析出,持久强度急剧下降,断裂方式由沿晶断裂变为穿晶断裂。时效温度在800℃和850℃,由于温度升高,TCP相析出速度加快,使持久寿命很低,而持久塑性大体上很好。晶内TCP相是裂纹的发源地。