蠕变损伤DZ411合金恢复热处理组织演化.pdf

2019年第39卷航空材料学报2019，Vol.39第1期第70–78页JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSNo.1pp.70–78蠕变损伤DZ411合金恢复热处理组织演化唐文书,肖俊峰,高斯峰,李永君,南晴,张炯（西安热工研究院有限公司燃气轮机技术部，西安710054）摘要：采用固溶+二级时效工艺对蠕变损伤DZ411合金进行常规恢复热处理，研究蠕变损伤合金组织恢复演化过程，并评价其力学性能。结果表明：蠕变损伤的DZ411合金中的一次γ′相发生明显球化和筏化，二次γ′相消失，未发现晶界蠕变孔洞；固溶处理对于回溶粗大形变γ′相，并重新析出细小均匀分布的γ′相至关重要，同时选择合适的固溶温度可避免初熔和再结晶；两级时效处理是优化γ′相尺寸、形态和配比的关键步骤；恢复后可获得大体积分数、双尺寸形态γ′相组织，二次和三次γ′相平均有效直径分别约为0.38μm和0.07μm，其体积分数分别约为47.5%和6.5%；恢复态合金室温强度与原始态合金相近，但在980℃/220MPa下的持久寿命和伸长率分别达到121h和13%，略低于原始态合金性能水平。关键词：定向合金；蠕变损伤；恢复热处理；组织；性能doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000107中图分类号：TG132.32；TG156.1文献标识码：A文章编号：1005-5053(2019)01-0070-09DZ411合金（相当于国外牌号为GTD111DS）无明显蠕变孔洞的定向凝固透平叶片材料，热等静是以γ奥氏体为基体，以Ni3（Al,Ti）γ′为主要强化压无明显优势[13-14]，这为开发相对廉价的常规恢复相的定向凝固镍基高温合金[1]。由于定向合金的热处理工艺带来了契机，但目前对定向凝固高温合晶粒均沿<001>取向平行生长，消除与应力轴金常规恢复热处理研究鲜有报道。相互垂直的有害横向晶界，故与普通多晶铸造高本研究针对服役透平叶片发生蠕变损伤问题，温合金相比，其具有更加优异的高温强度、抗蠕以定向凝固镍基高温合金为实验对象，通过蠕变中变、抗氧化、腐蚀能力和良好的疲劳特性。DZ411/断实验模拟服役透平叶片蠕变损伤，然后对损伤试样进行固溶+二级时效常规恢复热处理。表征和GTD111DS合金已被广泛用于制造地面重型燃气测试蠕变和恢复热处理前后DZ411合金微观组织轮机透平叶片[2]。和性能，获得DZ411合金的全固溶条件和微观组在高温、高应力下长时间服役，透平叶片材料织演化机理，并评估DZ411合金组织与性能的恢极易发生微观组织蠕变损伤，严重影响透平叶片的复程度。使用性能和服役寿命[3-4]。目前，国内外研究者在研究服役叶片蠕变损伤行为的同时[5-6]，也开展了大量1实验材料及方法关于透平叶片材料热等静压（HIP）恢复热处理工艺研究，涉及IN738、IN939、GTD222、HastelloyX、实验用原始态合金为热处理态定向凝固FSX414等近40种变形高温合金和等轴晶铸造高DZ411合金棒材，其名义成分（质量分数/%）为[15]:温合金[7-10]，以及DD6等少数几种定向/单晶高温合Cr13.6、Co9.14、Ti4.9、Al2.97、W3.44、Mo1.6、Ta2.87、金[11-12]。大量研究结果表明：热等静压可有效消除C0.09、B0.01、Ni余量。按GB/T2039—2012，加服役过程中形成的晶界蠕变孔洞，随后恢复热处理工定向合金标准蠕变试样（标距段长100mm），蠕能够将损伤组织复原到接近原始状态。然而，对于变试棒的轴向取向与[001]方向的偏离度控制在10°之内。为了模拟透平叶片的服役蠕变损伤，采用RDJ50蠕变持久试验机在980℃/190MPa条件收稿日期：2018-09-19；修订日期：2019-01-02下开展DZ411合金蠕变中断实验，经蠕变第二阶基金项目：国家自然科学基金资助项目（51601145）通讯作者：唐文书（1982—），男，博士，高级工程师，主要从段中断后获得损伤态DZ411合金。事燃气轮机热通道部件损伤评估与修复技术研究，（E-mail）采用机械切割方法在蠕变中断试样标距段中[e-mail]。部垂直于轴向切取厚度为3mm的薄片状试样，然第1期蠕变损伤DZ411合金恢复热处理组织演化71后进行不同条件下的恢复热处理实验，获得恢复态γ基体中，呈立方形态，与γ基体具有良好共格效合金，恢复热处理包括固溶和两级时效。观察分析应，其平均等效直径和体积分数分别约为0.64μm和蠕变实验前后和恢复热处理前后合金试样的组织50.3%，同时在γ基体通道中分布有细小颗粒状二形貌、恢复热处理对再结晶倾向以及组织恢复程度次γ′相，其平均等效直径和体积分数分别约为0.11μm的影响，并评价