DA718合金中磷、硼的作用及机理研究

来源 :中国科学院金属研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:whimco1984
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磷、硼显著提高IN718(GH4169)合金持久和蠕变性能的有益作用已逐渐地得到承认,但是影响机理有待深入研究,以促进其实际应用。IN718合金的使用温度一般低于650℃,这一缺点限制了其在现代航空发动机中的应用。过去的研究证实,磷、硼可明显提高718合金的使用温度,具有良好的应用前景。因此,本文在过去研究的基础上开展以下两个方面的研究:一是研究磷、硼在DA718合金中的作用机理;二是研究磷、硼微合金化合金的热加工及长期时效组织和性能稳定性。通过以上研究为合理地利用磷、硼的强化作用提高IN718合金的使用性能提供指导。   本文首先研究了磷、硼对DA718合金蠕变性能及蠕变变形机理的影响。进一步地验证了复合添加磷、硼可以更显著地提高DA718合金的蠕变性能。加入磷、硼提高DA718合金的蠕变激活能、降低应力指数,增加蠕变变形抗力,延长合金的蠕变寿命。利用透射电镜对蠕变组织进行观察表明,合金的蠕变组织中存在大量光滑平直且互相平行的滑移带。随着蠕变的进行,晶粒内部的形变带密度增加,间距变窄,添加磷、硼能有效地抵抗变形。部分形变带被确定为孪晶,其它也有可能为位错滑移带。不全位错切过基体和γ"强化相后产生一个单层孪晶,γ"强化相的析出是产生孪晶变形的根源,因为在固溶态合金蠕变变形组织中并未观察到孪晶变形。   磷、硼对DA718合金室温及高温拉伸性能、室温冲击性能的影响不明显。单独添加磷、硼对合金室温及高温拉伸性能影响不明显,而且拉伸断口裂纹源处的形貌没有差别,但是复合添加磷、硼能改善高温拉伸时裂纹源的形貌。单独添加磷稍降低DA718合金的室温冲击韧性,但是合金在650℃时效100h后,加磷合金的室温冲击功反而上升,硼并不降低合金的室温冲击韧性。所有的室温冲击断口形貌都是穿晶韧窝型断裂,磷、硼对此没有明显影响。   研究了单独添加磷、硼对DA718合金热处理态组织的影响,磷、硼能稍细化晶内γ"相的尺寸。晶界处析出很少的δ相,呈短棒状或颗粒状,且没有明显差别。磷、硼对合金直接时效态晶粒组织影响亦不大,各合金晶粒大小均匀平均尺寸约10μm。在680℃时效3000h过程中,γ"相沿半径方向直线长大,沿厚度方向按抛物线规律长大。磷、硼显著地降低γ"相的长大速率。时效过程中磷、硼能抑制晶界δ相的粗化,并阻碍其周围无析出区的宽化。分析认为其主要原因是磷、硼能降低合金中铌的扩散系数。DA718合金在680℃时效3000h过程中,其硬度变化曲线表明,磷稍抑制过时效。磷、硼对合金在680℃时效600h后的室温拉伸性能的影响不明显,但仍然能提高蠕变性能。表明在DA718合金中用磷、硼作为有益微合金元素是合适的。   磷、硼的作用机理分为晶界机制和晶内机制。计算分析表明,磷降低纯镍的晶界结合力,但是硼提高纯镍的晶界结合力;磷、硼的晶界偏聚将阻碍晶界扩散、并最终阻碍晶界6相的粗化及其周围无析出区的宽化;同时磷、硼抑制晶界扩散也有利于抑制蠕变时的晶界滑移及裂纹萌生。磷、硼也可以偏聚于位错等晶内缺陷处,更可能占据大量的空位或间隙位置,降低合金的层错能,产生固溶强化作用;磷和硼还能减缓合金中元素的扩散,提高强化相的稳定性。   热模拟试验中,718合金随变形温度的提高,变形的峰值应力降低,对应的应变值变小。加入磷、硼以后,在1000℃以下压缩,合金的峰值应力和对应的应变值更低。此时磷、硼抑制晶界δ相的析出,降低热加工的激活能,合金变形抗力降低,有利于获得再结晶细晶组织;在高于1000℃时,添加磷、硼的影响很小。合金在1060℃变形时,随着变形量的增加,位错密度不断增加,促进再结晶的发生。对于不同磷、硼含量的合金,当温度高于1000℃时,只要变形量达到30%以上,就可以获得完全的再结晶组织。   在较低的温度变形结合磷、硼微合金化的方法,可以进一步提高合金的强度和蠕变性能。在680℃时效3000h过程中其硬度高于在较高温度变形的合金。在680℃时效600h后,在拉伸强度及蠕变性能方面的优势均能保留。磷、硼复合强化结合热加工可在合金组织中形成弯曲晶界,且晶内γ"强化相细化,体积分数增多,并形成少量<100>的显微织构,因此明显提高合金的拉伸强度和蠕变性能。
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