论文部分内容阅读
普通铸造高温合金由于具有制造成本低，中温力学性能优异等优点，被广泛应用在中低温条件下服役的航空发动机部件中。随着航空发动机工作能力的提高，对在中低温条件下工作的高温合金部件的性能提出了更高的要求。晶粒细化是优化多晶铸造高温合金力学性能的一种传统手段。然而，由于高温合金成分和组织较复杂,不同合金的服役条件各异，因此晶粒细化对其力学行为的影响并非单一。本文研究了晶粒细化对两种普通铸造镍基高温合金IN792和K417G的微观组织、拉伸、蠕变、高周疲劳性能的影响。由于晶粒细化对铸造高温合金力学性能的影响与晶界微观组织密切相关，因此本文也对两种铸造高温合金晶界微观组织及其稳定性进行了研究。 采用扫描电镜（SEM）、透射电镜(TEM)、二次离子质谱仪(SIMS)等手段对IN792和K417G合金晶界微观组织进行了研究，结果表明，经标准热处理后IN792合金晶界析出体心四方结构M5B3相，与基体呈现一种特殊的取向关系。这种特殊取向关系导致两个M5B3相在晶界共生。对IN792合金进行不同温度时效后发现，750℃和845℃下，M5B3相热稳定性较好;而900℃和950℃下，M5B3相发生相变。对IN792合金进行不同温度拉伸实验，结果显示，低于760℃时，M5B3相发生碎裂;高于850℃时，M5B3相不发生碎裂。铸态下K417G合金晶界没有细小析出相，而经过室温拉伸后，晶界析出了少量颗粒状M23C6型碳化物;随着拉伸温度升高到700℃和900℃，晶界M23C6型碳化物增加，并与基体产生脱粘。此外，K417G合金在760℃/645 MPa下蠕变后，晶界没有析出相产生;900℃/315 MPa和950℃/235 MPa蠕变后，晶界产生了两种析出相M3B2和M23C6。 本文选取IN792合金作为载体，研究了晶粒细化对其高周疲劳性能的影响，结果表明:减小晶粒尺寸提高了IN792合金700℃、800℃和900℃下的高周疲劳强度。减小晶粒尺寸使合金高周疲劳裂纹的产生点由表面向内部转变，阻碍了高周疲劳裂纹的产生和扩展。随实验温度升高和施加应力增加，细晶合金的疲劳裂纹产生点逐渐向表面靠近，晶粒细化对合金高周疲劳性能的提高作用减小。此外，IN792合金的高周疲劳裂纹产生机制为滑移面脱粘机制，晶粒细化会减小滑移带长度，阻碍滑移面脱粘，从而提高合金的高周疲劳强度。 本文选取K417G合金作为载体，研究了晶粒细化对其拉伸、蠕变性能的影响，结果表明:室温下，随着晶粒细化，K417G合金的强度和塑性提高;700℃下，随着晶粒细化，K417G合金强度提高，塑性降低;900℃下，随着晶粒细化，K417G合金的强度几乎不变，塑性逐渐降低。随着晶粒细化，晶界碳化物和共晶含量增加，导致合金拉伸断裂模式由穿晶型向沿晶型转变。晶粒细化减小了γ相尺寸和基体通道宽度，对不同温度下拉伸变形位错运动阻力的影响不同，从而对合金拉伸变形抗力产生不同影响。 对不同晶粒度的K417G合金进行不同条件下蠕变实验后发现:在760℃/645 MPa下，K417G合金的蠕变变形由晶内变形主导，晶粒细化提高了合金的蠕变寿命，降低稳态蠕变速率;在900℃/315 MPa下，蠕变变形由晶内变形和晶界滑移共同作用，晶粒细化使合金蠕变寿命先升高后降低，稳态蠕变速率先降低后升高;950℃/235 MPa下，蠕变变形由晶界滑移主导，晶粒细化使合金蠕变寿命降低，稳态蠕变速率升高。