论文部分内容阅读
粉末高温合金是制备先进航空发动机涡轮盘、轴等部件的首选材料。在其生产工艺流程中，粉末制备和热等静压是最重要的两个步骤，制粉工艺影响粉末的夹杂物尺寸和数量，进而影响合金的疲劳寿命;热等静压工艺影响合金的显微组织，特别是原始颗粒边界的形态，进而影响合金的塑性以及热加工性能。在先进航空发动机对材料可靠性以及制造成本等要求不断提高的背景下，通过工艺技术改进来减少粉末中夹杂物数量或降低其尺寸以提高材料耐久性、消除或减少原始颗粒边界以降低制造成本逐渐成为粉末高温合金领域的发展方向。基于此，本文探索了用无坩埚的电极感应熔化气体雾化(EIGA)技术制备高温合金粉末;研究了热等静压温度对粉末GH4169G和ME3合金的显微组织（特别是原始颗粒边界形态）以及性能的影响;基于元素扩散速率的差异分析了GH4169G和ME3合金中原始颗粒边界析出相分布差异产生的原因，并探索了一些新的粉末热等静压工艺方法，主要得到以下结果: 经参数优化，EIGA制备的高温合金粉末平均粒度达到70-80μm，小于105μm的粉末收得率达到68％。相比用坩埚盛装熔体的气体雾化法，EIGA制粉过程中避免了陶瓷夹杂的引入，因而粉末洁净程度更高;相比等离子旋转电极工艺，EIGA制备的粉末平均粒径更小，因而可以通过使用尺寸更小的粉末来降低夹杂的最大尺寸。因此，EIGA在粉末高温合金领域有很强的应用潜力。 对于GH4169G粉末，在1260℃及以下的温度热等静压时，合金中形成了有MC型碳化物析出的原始颗粒边界;随热等静压温度升高，原始颗粒边界因析出于其上的碳化物数量的减少而逐渐脱离钉扎，这使得合金晶粒的尺寸增大、粉末间结合力增强;1275℃热等静压时，粉末部分熔化，因此合金中没有形成原始颗粒边界，但合金晶粒相对粗大且形成了较粗大的Laves相。 对于ME3粉末，在1240℃及以下温度热等静压时，合金中形成原始颗粒边界;1210℃和1240℃热等静压的合金中原始颗粒边界尤其明显，原因是硼化物熔化并在颗粒边界上聚集;在1260℃和1275℃热等静压，粉末部分熔化，原始颗粒边界消失，但合金中有γ/γ共晶形成;随热等静压温度升高，合金中的碳化物和硼化物的平均尺寸逐渐增大，硼化物越来越倾向于向晶界和原始颗粒边界偏聚，同时其拉伸断裂方式由沿颗粒边界和塑性韧窝混合型逐渐转变为完全塑性韧窝型;ME3热加工性能总体欠佳，特别是1175℃和1240℃热等静压的合金。 基于以上结果，我们发展了两种两步热等静压工艺，分别可以制备:无原始颗粒边界的具有粗晶组织的合金以及原始颗粒边界上析出相数量很少的具有细晶组织的合金。 较之GH4169G，ME3含有更多的Ta，Mo等碳、硼化物形成元素，较低的扩散速率使它们在热等静压过程中不能及时向原始颗粒边界扩散，因此ME3合金中原始颗粒边界析出相数量明显少于同温度热等静压的GH4169G。原始颗粒边界上较少的析出相使ME3的粉末结合力更高，拉伸断口上沿颗粒边界断裂面所占比例更低。