GH907合金锻件连续断裂行为研究

通过比较合格和不合格样品的成分和结构来检查缺口耐久性。 在 GH907 锻造中，我们研究了 GH907 锻造的永久破坏行为。 结果表明：GH907锻件的永久破坏模式主要是晶界开裂，裂纹主要沿晶界扩展，无沉淀或析出差，由于ε相析出充足，终止于晶界。 样品中有一定的ε相，晶界处没有沉淀，或沉淀不足，锻件的缺口耐久寿命相对较低，不能满足60小时的技术要求。

总结

GH907 合金是 1970 年代开发的一种新型低膨胀高温合金。 它以铁镍钴为基础，全面富含铌、钛、硅和微量硼。 它在 650°C 以下具有高强度、低热膨胀系数、良好的冷热疲劳性能，弹性模量几乎恒定。 它是高性能发动机部件的首选材料 [1]。 在国外作为发动机涡轮机的外圈和密封圈，能精确控制涡轮叶片与外圈之间的间隙，从而提高发动机性能，提高燃烧效率。
近年来，膨胀系数低的GH907合金在我国被广泛用作飞机发动机的重要外壳部件。 例如，高压压缩机的后壳体、轴承圈、绝缘圈都是环形锻件。 由于对锻件的需求量低，制造商数量少，锻造厂无法完全控制锻件生产的一些细节。 性能、元素组成和过程对应之间的关系尚不清楚。 锻件的长期性能通常在工厂中重新检查。 发生了不合格的现象。
目前，科研院所和机构正在对合金的结构和性能进行深入研究 [2]，并形成了几个热力学定律来指导合金锻件的生产。 本文研究了GH907合金永久断裂行为与组织之间的对应关系，为分析锻件永久性能不合格的原因提供了依据，为解决锻件的工程生产提供了一定的控制方法。

测试方法

样品取自不同批次和相同的 XNUMX 个锻件。 锻造工艺。 锻造坯料的化学成分如表 1 所示。
表 1 化学成分

精炼炉编号

合金元素 （wt%）

C

锰

四

铬

镍

莫

S

P

铝

钛

铜

Nb+Ta

B

公司

600832-2

0.019

0.041

0.15

0.34

38.6

0.051

0.0001

0.008

0.031

1.69

0.089

5

0.006

13.77

Φ250

2008549

0.027

0.5 5

0.32 5

0.0 9

37.45

0.001

0.00 4

0.1 0

1.7

0.0 1

4.55

0.0 04

13.97

Φ180

技术要求

≤0.06

≤1.00

0.07〜0.35

≤1.00

35〜40

≤2.00

≤0.015

≤0.015

≤0.20

1.30〜1.80

≤0.50

4.3〜5.2

≤0.012

12〜16

套管锻件的尺寸为 Ф574×Ф506×77，每个锻件取三个试样，试样取弦向。 样品热处理系统为 3°C±980°C，风冷 15 小时或快速冷却 +1°C±775°C，炉以 15°C/小时的速度冷却 12 小时至 55°C±620°C，风冷 15 小时。
按照锻件复检的技术要求，分别用高温耐久试验机GWT-8对试样进行了耐久寿命试验，并用扫描电镜SUPER6和光学显微镜GX100观察了试样的断裂结构和断裂状态。

测试结果和讨论

间隙耐久性与化学成分之间的关系

表 2 差距的持续结果

原料热值

样本编号

强度限制

屈服于极端

相对伸长率

降低率

硬度

持续缺口

海洋保护区

海洋保护区

%

%

HB（d）

540°C×825MPa

600832-2 Φ250

1/1/2020

1150

985

8.5

12.5

3.38

7：83 小时关闭

1/2/2020

1130

860

13

12.5

3.4

14：48 小时关闭

1/3/2020

1150

905

11

12.5

3.33

20：92 小时关闭

2008549 Φ180

2/1/2020

1110

950

10

11.5

3.38

72：33 出发

2/2/2020

1110

945

12

12.5

3.32

70：38 出发

2/3/2020

1180

890

15

26.5

3.35

68：35 出发

技术条件

≥1035

≥725

≥5

≥7.5

3.15-3.50

休息时间超过 60 小时

从检测结果（见表2）来看，一个原料炉的三个样品的耐久寿命全部通过，但另一个原料炉的三个样品的耐久寿命均不合格。 从表 1 中可以看出，组成差异较大的元素是 Si 和 Cr。 数据显示 [2]。 Si、Al、Ti 和 Nb 元素都会影响 GH1 合金的缺口持久性，但 Si 的影响最大，缺口持续时间随着 Si 的增加而显著增加。
一些锻件的材料中 Si 含量低于中位数，耐用性不符合技术标准。 因此，在制造中，一般要求将 Si 含量保持在上限。

金相观察

图 1 显示了经过耐久性认证的样品和未经过认证的样品的结构。 由此可见，在废品中析出的ε相明显较小，在晶界处几乎没有析出。 合格的样品具有许多针状 ε 相，羽状物沿晶界沉淀。
当选择其中一个粉碎样品，从样品的粉碎部分取样品观察横截面结构时，粒径为 3~5，如图 4 所示。 断裂表面沿光滑晶界部分开裂。 在裂缝下可以看到次生小裂纹。 如图 XNUMX 所示，放大时可以看到，小裂纹沿晶界延伸，没有 ε 相沉淀，最后以晶界结束，ε相沉淀良好。
ε相是合金中的一个重要相，对机械性能有重要影响。 降水温度为 2~3°C，降水峰值温度约为 700°C。 ε相的大量沉淀有利于消除合金的缺口敏感性并显著延长其使用寿命 [920]。 随着 Si 含量的增加，合金中的 ε 相显着增加。
GH800合金的缺口永久失效与合金晶界ε相析出不足直接相关，在相同锻造工艺条件下，ε相析出与Si含量有关。
数据显示 [4]：ε相的析出也与热处理和锻造过程有关。

图 1 具有认证和非认证耐久寿命的样品组织

图 2 7 号永久性试样断裂面
附近的次生裂纹

图 3 微裂纹中ε相的形态

破坏观察

缺口截面持续破坏的特点如下： 如图 4 所示，断裂始于样品的缺口，裂纹开始的区域表现出明显的晶间断裂特性和次生裂纹。 从图中可以看出，红线标记的断裂并不是晶界的特征。 这表明合金组织不均匀，这可能与锻造过程有关。 沿晶粒对断裂带的放大观察表明，次生裂纹的晶界更光滑，这与金相观察一致。

图 4 边界断裂特征和二次开裂

总结

1）GH907锻件的永久破坏模式主要是晶界开裂。 即使在没有 ε 相沉淀的情况下，裂纹也会沿着晶界发展，并最终以足够的晶界结束，供ε相沉淀。

2）GH907锻件的永久断裂行为与合金晶界处缺乏ε相析出直接相关，ε相析出与相同锻造工艺条件下的Si含量有关。