gh4698镍基合金均匀化组织及变形抗力研究

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1、GH4698镍基合金均匀化组织及变形抗力研究朱良邵博刘德华邢台职业技术学院机电系借助光学显微镜、扫描电子显微镜、EDS以及热压缩试验机，研宂不同均匀化工艺下铸态GH4698镍基高温合金的变形抗力及其机理。结果表明，均匀化程度、晶粒尺寸、偏析程度以及再结晶程度对合金变形抗力具有一定的影响。综合考虑合金的开坯再结晶率、节能、降低变形抗力等需求，结合各项影响因素，最后确定采用保存少量枝晶组织的1WOT：保温15h均匀化处理工艺。关键词：镍基高温合金;变形抗力;再结晶;均匀化处理;均匀化处理过程中包含晶粒长大、析出相回溶、消除枝晶组织、偏析元素均匀化扩散、合

2、金表层氧化等变化。当前，国内外对镍基高温合金均匀化处理主要集中在工艺的改进和优化。例如，针对GH4738合金提出了合理的两段式均匀化方案，以降低元素偏析程度U1;为了使GH350合金组织更加均匀，采用1100°CX15h的均匀化工艺U1;经过1150°CX30h处理后炉冷，G11720U合金基本消除丫枝晶偏析U1;GH742合金采用1100°C+l180°C的两级均匀化处理，偏析极低、组织更均匀U1。值得注意的是，相关研究均无GH4698镍基高温合金在均匀化过程中变形抗力变化。变形抗力的降低能够为材料提供更好的塑性，因此木文将针对这一问题进行研究。1

3、实验方法以GH4698镍基高温合金为研宄对象，化学成分如表1。经过真空感应熔炼+真空自耗工艺处理后，得到*200mmX100mm铸锭，截取半径二分之一的铸锭作为试样。GH4698镍基高温合金的均匀化处理中，前几次锻造温度通常在初溶温度以下、s相溶解温度以上，约1i2（rcm。因此，本实验的均匀化处理参数确定为:在1100°C分别保温4、15、24和52h。采用电解侵蚀和化学侵蚀，以显示均匀化处理后枝晶形貌和晶界形貌，电解侵蚀:侵蚀剂10%Cr03+25%H2S0.i+65%H、P0.h电压5.0V，电流50mA;化学侵蚀:侵蚀剂15%H2SO,+2O

4、%KMn04水溶液，煮沸侵蚀30min。利用EDS测量枝晶和枝晶间元素含量，计算元素偏析系数KM。利用JSM-8000型扫描电子显微镜和TTQ-3600光学显微镜观察试样微观组织。利用Glccblc热压缩试验机对不同均匀化工艺处理后的GH4698镍基高温合金试样进行热变形实验，参数:变形量25%、变形速率1s、保温1100°CX5min,压缩试样尺、j*为4）10mmX20mm。表1GH4698镍基高温合金化学成分w(%)Tabl.ChemicalcompositionofGH4698superalloy2实验结果2.1组织演变阁1为不同时间均匀化处

5、理后的试样组织，能够清晰地观察到枝晶组织。原始铸态组织枝晶分布紧密，如图1(a)。随着均匀化处理时间的延长，元素偏析程度降低;GH4698镍基高温合金的组织也逐渐趋于均匀化，枝晶间和枝晶干的颜色差异逐渐变小，枝晶颜色变淡，说明元素的扩散程度减小或消失。4h和15h均匀化处理后的枝晶组织逐渐模糊。均匀化处理24h后组织屮枝品棊本消失，说明均匀化基本完成。通常的电解侵蚀处理很难看清晶界形貌，因此利用上述化学侵蚀方法来观察不同均匀化工艺下的晶粒尺寸、晶界形貌，如图2。不同均匀化工艺下经过化学侵蚀后的试样晶粒尺T变化，如图3。由此看出，经过不冋均匀化处理后

6、，试样晶粒尺寸随着均匀化程度的增加呈现出增长趋势。但24h和52h均匀化处理后，晶粒尺寸增长幅度缓慢。2.2偏析系数某元素的偏析系数为元素在枝晶间原子含量/元素在枝晶干原子含量m。热力学计算表明，镍基高温合金中，其他元素的偏析系数远小于Ti元素的偏析程度。所以，本文为Y表征GH4698镍基高温合金试样的偏析程度，选取Ti元素偏析系数为研宄对象。如阁4所示，为不同均匀化处理后样品经过EDS分析，得到的偏析系数K。由此看出，Ti元素的偏析系数随着均匀化时间的延长而呈明显降低趋势。但时间过讼，24h和52h均匀化处理后，Ti元素偏析系数变化不大。元素的扩散

7、程度随着均匀化时间的延长而增大，导致了偏析系数的整体下降。当均匀化24h后，合金元素分布基本均匀，因此再延长均匀化时间，其偏析系数变化很小。此时，GH4698镍基高温合金组织基本完成了均匀化。结合偏析系数和枝晶形貌变化规律，将15h界定为部分均匀化，52h为过均匀化，24h为完全均匀化。图1不同均匀化处理后的试样组织Fig.1Microstructureofsamplestreatedwithdifferenthomogenization图2不同均匀化工艺下的晶界形貌Fig.2Grainboundarymorphologywithdifferenth

8、omogenizationprocesses图3不同均匀化工艺下的晶粒尺寸变化Fig.3Grainsizev