冷卻方式對(duì)GH720Li合金耐磨板固溶處理組織及力學(xué)性能的影響

  GH720Li合金耐磨板具有較高的使用溫度和高溫強(qiáng)度,是750℃左右高性能變形渦輪盤的首選材料。廣泛用于國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)中,如Rolls-Royce公司的BR700及Allison公司的GMA2100、GMA3007、T406、T800等高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤,在我國(guó)大量應(yīng)用于高性能燃?xì)鉁u輪盤材料。

  GH720Li合金耐磨板優(yōu)異的性能主要源于其細(xì)晶組織、最高達(dá)50%的強(qiáng)化相γ'相體積含量和多種尺寸γ'相的合理匹配,而γ'相的沉淀強(qiáng)化效果對(duì)GH720Li合金耐磨板的力學(xué)性能尤其重要。由于γ'相的形核和長(zhǎng)大對(duì)固溶處理后的冷卻速度極其敏感,而冷卻速度與盤鍛件固溶冷卻時(shí)冷卻介質(zhì)的選擇密切相關(guān)。為保證批量燃?xì)鉁u輪盤在服役條件下的高性能、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命,科研人員系統(tǒng)研究了3種冷卻介質(zhì)(空氣、油和水)對(duì)GH720Li合金耐磨板組織(主要為γ'相)及力學(xué)性能的影響規(guī)律,為優(yōu)化熱處理工藝參數(shù)提供參考。

  試驗(yàn)材料從等溫鍛造制備的GH720Li合金耐磨板盤鍛件上切取。試驗(yàn)用GH720Li合金耐磨板鍛態(tài)原始晶粒平均尺寸約為10μm(ASTM9~10級(jí)),分布均勻,晶界上均勻分布著1~5μm左右的一次γ'相,晶內(nèi)彌散分布著500nm以下的冷卻γ'相,鍛后冷卻過(guò)程中析出的γ'相在固溶過(guò)程中回溶,然后在固溶冷卻和隨后的時(shí)效過(guò)程中再次析出γ'相。

  試樣采用線切割從GH720Li合金耐磨板鍛態(tài)盤件上沿弦向切取,經(jīng)1090℃固溶保溫4h,然后分別進(jìn)行空冷、油冷和水冷,完成固溶處理,隨后對(duì)試樣統(tǒng)一進(jìn)行時(shí)效處理(650℃×24h,AC+760℃×16h,AC),用于晶粒度觀察、γ'相的觀察以及典型力學(xué)性能(室溫和650℃拉伸性能)的測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果如下:

  (1)根據(jù)試驗(yàn)條件,冷卻方式對(duì)GH720Li合金耐磨板晶粒尺寸和一次γ'相基本無(wú)影響;冷卻介質(zhì)主要影響固溶冷卻過(guò)程中析出的冷卻γ'相(二次和三次γ'相)。隨著冷卻速度的提高,起主要強(qiáng)化作用的三次γ'相平均尺寸依次為空冷>油冷>水冷,三次γ'相密度依次為空冷<油冷<水冷。
 ?。?)隨著冷速的提高,GH720Li合金耐磨板的室溫和高溫強(qiáng)度依次為空冷<油冷<水冷,而塑性依次為空冷>油冷>水冷,強(qiáng)度與塑性的變化與固溶冷卻過(guò)程中析出的三次γ'相的密度和尺寸密切相關(guān)。
 ?。?)在確保GH720Li合金耐磨板強(qiáng)度和塑性的前提下,固溶后宜采用油冷,以減少因熱應(yīng)力而造成盤件畸變甚至開裂的風(fēng)險(xiǎn)。