冷卻方式對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度,是750℃左右高性能變形渦輪盤的首選材料,。廣泛用于國外航空發(fā)動機中,,如Rolls-Royce公司的BR700及Allison公司的GMA2100、GMA3007,、T406,、T800等高性能航空發(fā)動機的渦輪盤,在我國大量應(yīng)用于高性能燃氣渦輪盤材料,。

  GH720Li合金耐磨板優(yōu)異的性能主要源于其細晶組織,、最高達50%的強化相γ'相體積含量和多種尺寸γ'相的合理匹配,而γ'相的沉淀強化效果對GH720Li合金耐磨板的力學(xué)性能尤其重要,。由于γ'相的形核和長大對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冷卻介質(zhì)的選擇密切相關(guān),。為保證批量燃氣渦輪盤在服役條件下的高性能,、高穩(wěn)定性和長壽命,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。

  試驗材料從等溫鍛造制備的GH720Li合金耐磨板盤鍛件上切取,。試驗用GH720Li合金耐磨板鍛態(tài)原始晶粒平均尺寸約為10μm(ASTM9~10級),,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,,鍛后冷卻過程中析出的γ'相在固溶過程中回溶,,然后在固溶冷卻和隨后的時效過程中再次析出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,,然后分別進行空冷、油冷和水冷,,完成固溶處理,,隨后對試樣統(tǒng)一進行時效處理(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)的測試,。試驗結(jié)果如下:

 ?。?)根據(jù)試驗條件,,冷卻方式對GH720Li合金耐磨板晶粒尺寸和一次γ'相基本無影響;冷卻介質(zhì)主要影響固溶冷卻過程中析出的冷卻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度依次為空冷<油冷<水冷,,而塑性依次為空冷>油冷>水冷,,強度與塑性的變化與固溶冷卻過程中析出的三次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險,。