变形参数对Delta工艺Inconel718合金中δ相的影响研究

   2020-09-01 互联网中国铸造网12990
核心提示:Inconel718(国内相应牌号GH4169)是制造发动机涡轮盘、压气机盘等关键热端部件的重要材料,这类部件通常在高

Inconel718(国内相应牌号GH4169)是制造发动机涡轮盘、压气机盘等关键热端部件的重要材料,这类部件通常在高温和高压交互作用下工作,要求材料具有优秀抗低周疲劳性能。Inconel718合金具有Nb含量高的显著特点,容易形成偏析,再者通过锤击或压力机来锻造时,工艺参数难以准确控制,因而其锻件的晶粒度容易粗细不均,即形成混晶组织而影响锻件的力学性能。随着发动机安全性、可靠性要求的提高,获得组织细小均匀的锻坯及盘锻件成为关键。

Inconel718合金中以γ''作为主要强化相,δ相是γ''相的平衡相,是Inconel718合金的主要组成相之一。δ相的形貌、数量和分布对于合金的疲劳性能、持久性能、抗缺口敏感性和热加工性能有很大影响。一般认为,适量的δ相呈粒状均匀分布有利于合金的力学性能。鉴于δ相钉扎晶界,阻止晶粒长大的作用,有学者提出了δ相析出处理后再进行热变形的Delta工艺,通过适当的热加工工艺能够获得组织均匀细小的大尺寸Inconel718锻坯件,尤其在非等温变形普通工艺难于控制时,Delta工艺更易于获得均匀细小的组织。热变形工艺参数对Inconel718合金组织的影响得到了广泛的研究,但对于Delta工艺下δ相的演变及特征还鲜有报道。接下来通过热压缩试验模拟热加工过程中的始锻、终锻温度,研究了不同变形条件下Delta工艺Inconel718合金中δ相形貌、数量和分布特点,以期为制定和优化Delta工艺提供参考。

实验用材料为48mm×48mm的Inconel718合金方坯料,采用真空感应熔炼+电渣重熔,其主要化学成分(质量分数,%)为:0.03C,51.09Ni,19.14Cr,5.07Nb,3.09Mo,0.67Al,1.09Ti,0.20Si,0.0037B,0.0045S,0.14Mn,余量为Fe。

将试样在1040℃保温1h进行均匀化固溶处理后水冷至室温以保证试样的微观组织为奥氏体固溶体和少量的碳化物。δ相的析出峰温度为890~900℃,本实验选择900℃×24h时效处理,析出了大量δ相。

将固溶和时效处理后的试样加工成Φ8mm×15mm的圆柱状试样。热压缩试验在Gleeble3500热模拟试验机上进行。Inconel718合金的热加工温度通常为900~1100℃,本实验热压缩温度(开始变形~终止变形温度)为1050~980℃,1020~950℃,980~920℃;研究表明,大变形量有利于相的球化,采用70%的总变形量,在开始变形和终止变形温度下的变形量分配为20%~50%,35%~35%,50%~20%;变形速率选择10、1、0.1和0.01s-1。试样经变形后气冷。将压缩试验后的试样沿轴向切开,对中心部位最大变形处的微观组织进行观察和分析。采用扫描电镜观察分析δ相的形貌与分布,用定量金相分析面积法测量δ相的体积分数。

结果发现,在70%的大变形量下,所有工艺均使δ相得到了不同程度的球化。在相同变形速率(0.1s-1)和变形量(35%)下,温度较高,δ相越圆整,尺寸越细小一致,而数量越少。在相同温度(1020~950℃)和变形量分配(20%~50%)下,较高应变速率(10、1s-1)比低应变速率(0.1、0.01s-1)的δ相尺寸细小一致,δ相数量随应变速率的降低呈增多趋势。在应变速率为1s-1时形成了严重的混晶组织,δ相分布极不均匀,在应变速率0.1s-1下δ相分布均匀。在相同温度(1050~980℃)和应变速率(0.01s-1)及总变形量下,终锻大变形量不利于δ相的球化和尺寸的一致性。(榕霖)


 
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