[D0I:10.13374/j.issn1001053x.1986.s1.013 北京·钢铁学院学报 1986年6月 Journal of Beijing Special issue University 专辑1 of Iron and Steel Technology 61,1986,6 236h台架试车对GH220合金一级涡轮 叶片组织和性能的影响 葛占英孙庆标宋泊叶锐曾孙金贵 (高温合金教研室) 王日毅 (420厂) 摘 要 研究了国产GH220合金涡轮州片经236小时台架试车后的表面渗尽、基体组织与合金性能的变化. 结果表明，该合金组织稳定、性能良好，10？0“C等温热处理工艺合理。该合金尚有很大使用潜力。 关键词：涡轮叶片，渗层，渗铝，持久强度，位错 Influence of 236 hours Engine Rig Test on Structures and Properties of First Stage Turbine Blade of GH220 Alloy Ge Zhanying Sun Qingbio Song Bo Ye Rnizeng Sun Jingui Wang Yueyi Abstract The changes of surface coating,basic structures and mechanical proper- ties in first stage turbine blade of GH220 alloy tested by engine rig for 236 hours has been investigated.The results show that the structures of alloy are stable and properties of alloy still good.The isothermal treatment pro- cess at 1070C is suitable.It is shown that this alloy (blades)has greater potentiality. Key words:turbine blades;aluminide;stress rupture;dislocation 106
年 月 专 辑 北 京 钢 铁 学 院 学 报 土 。 工 沁 ， 邓肚台架试车对 合金一级涡轮 叶 片组织和性能的影响 ’ 葛 占英 孙庆标 宋泊 叶锐 曾 孙金贵 高温 合金教 研室 王 日 毅 厂 摘 要 譬 研究了 国产 。 合金 涡 轮叶片经 小 时 台架试车后 的表 面渗 层 、 结 果 表 明 ， 该 合金 组织 稳定 、 性 能 良好 ， ’ 等温 热 处 理工艺 合理 。 关键 词 涡 轮叶片 ， 渗层 ， 渗铝 ， 持久 强度 ， 位错 基 体组织 与合 金性能 的 变化 。 该 合金 尚有很大使用 潜 力 亡 ’ ’ 厉 口 耐 。 、 口 ’ 耐 环 山 了“ 夕‘ 良 考 ， 七 上 五 了 。 ℃ 、 五 七 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1986．s1．013
前 言 在台架试车的高温、复杂应力条件下，叶片能否保持原有组织和良好性能，并能经受长 期工作的考验，是研究工作者们所关心的重要问题之一。 叶片经过236h（实际累计时间)，长试分解后，对61个叶片进行外貌观察，并选取7个 叶片（包括一个未长试原始叶片）作组织和性能全面分析。 7个叶片的炉号及渗铝工艺如下： 除15M60(叶片号为30#)用料浆渗铝外，15M57(2#)、1H200010(10#)、 1H200010(24#)、15M60(45#)、15M57(54#)和15M57(x#)均采用真空渗铝 工艺。上述材料除10#、24#由抚钢提供外，其余均是长钢供给。x#为未经长试的原始叶 片。 实验内容及结果 1.1试验用材料的化学成分 材料化学成分见表1 表1化学成份（复验数据） Table 1 Chemical composition of alloys (checked data) 二Elements Cr w Mo Ti O Mn Fe Co No heat 1H200010 9.965.615.374.062.30.043 Trace0.0360.003 0.0010.280.2314.87 15M57 10.096.215.724.172.460.0850.020.0320.0047 <0.0150.3110.2414.950.01 15M60 10.106.285.784.202.480.04<0.020.0310.0061<0.0150.3161.5414.950.003 Elements H 0 Mg Pb Sn As Sb Bi Naheat 1H200010 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 0.149 15M57 0.00012 0.001 0.0028 0.00052 0.00024 0.00031 0.00013 Trace 15M60 0.0001 0.0009 0.0029 0.00078 0.0042 0.00044 0.00013 Trace 1.2等温热处理后的性能（表2） 全部叶片均进行着色探伤检查，未发现有裂纹。 1.3实验结果 (1)叶片外貌观察：236h试车后，发现有少数叶片有程度不同的渗层剩落等缺陷。 (2)晶粒度：图1和2为低倍晶粒度；高倍(100×)晶粒度级别为2一3级。 (3)硬度值 表4为对24#、30#的纵断面进行布氏硬度测定的结果。 从测定结果看出，由榫头到叶尖，硬度略有上升，但差别不显著。 107
前 言 在台架试车的高温 、 复杂 应力条件下 ， 叶 片能否保 持原有组织 和 良好 性能 ， 并能经受长 赞簿扮燕妙 恤份 取 一 … · 除 叨 叶 片号 为 加 用料 桨 渗 铝 外 ， 、 、 护 、 、 、 巧 、 和儿 工艺 。 上述材料除 、 砰 由抚钢提 供外 ， 其 余均是长钢供给 。 片 。 均采 用 真 空 渗 铝 为未经长试的 原 始叶 一 实验 内容及结 果 试验用 材料 的化学成分 材料 化学成分 见表 表了 化学成份 复验数据 一 阳 触爪 呜可 心姗如 引 办 一 和 “ 妞 幻 科产禅聋戴卞 犷 滩 一 职 。 壬于 ‘ 随 、 一 、 又 一 名一 、 一 从一 壬 氏 ， 了 ‘ 飞 等温热处理后的性能 表 全部叶 片均进行着色探伤检查 ， 未发现 有裂纹 。 ‘ 实 验结果 叶 片外貌观察 试车后 ， 发现有少数叶片有程度不同的渗层刹落等缺 陷 。 晶粒 度 图 和 为低倍晶粒度 高倍 义 晶粒度 级别为 一 级 。 硬度 值 表 为对 、 的纵 断面进 行 布 氏硬 度测 定 的结果 。 从测定结果看出 ， 由禅头到叶尖 ， 硬 度略有上升 ， 但差别 不显著 。 ‘ 功
选用两种涂层叶片，对不同部位（见图3）进行渗层显微硬度测定。渗层分为表层、过渡 层及内层三个区，每个区测三点，基体测两点。结果表明，叶片试车前后硬度值变化不大， 故数据从略。 表2 持久与短时性能 Table 2 Stress repture and short-time properties Properties Stress repture,940,'C220MPa Short-time property,950'C Na heat Life,h 中% 8% ob(MPa) 中% 8% 1H200010 41:40/41:40 8/9.2 568/600 15/15 20/18 15M57 45:28/41:00 15.7/11.99 8.0/9.2 559/556 28.8/26.5 25.G/30 15M60 57:10/42:30 14.7/15.36 12.4/16.4 566/553 29.8/23.7 93.G/29.2 图1叶背品粒度的外貌(1：2) 图2叶盆品粒度外貌(1：2) Fig.I Macrograin size on the convex surface Fig.2 Macrograin size on the concave of blades (1:2) surface of blades (1:2) 表4布氏硬度压痕直径(mm) Table 4 Indentation diameter of Brinell hardness,mm Blade 1 2 3 4 6 24# 3.25 3.25 3.25 3.2 30# 3.3 3.3 3.25 3.25 3.3 3.3 198
选用两种 涂层 叶 片 ， 对不 同部位 见 图 进 行渗层 显微 硬 度测 定 。 渗 层 分 为表层 、 过 渡 层 及 内层三个 区 ， 每个区测 三 点 ， 基体测 两点 。 结果表 明 ， 叶片试车前后 硬 度 值变化不大 ， 故 数据从 略 。 表 持久 与短时性 能 一 ， 。 。 石 一 亡 七 ， 一 一巨测︺ ， 〕 各 帕 邑 肠 江 八吕 歇 、 民 。 韶 叮 图 叶背 晶 粒度 的 外貌 幻 ， 图 叶盆 晶粒度外貌 士 。 表 布 氏硬度压痕直 径 、 一 ， 。 …一 厂一一… 。 甲 娜奸理只斧于甲 工 愁
Vacuum Bluminid 1 urry alumin1d 图3测定部位示意图 Fig.3 Schematic diagram of sample positions 2分析和讨论 2.1渗层变化 根据渗层中各层元素变化及析出相不同，可将渗层分为表层、过渡层和内层三个区讨 论。 (1)表层： 试车前叶片表面外观呈细小颗粒状。试车后变得 较粗大。试车前叶片表面Ni、A1含量较高，而试车 后叶片表面i含量仍然较高，但A!元素则明显降 4005.0 低。合金中其他元素如Cr、Co、W、Mo等也有所 降低。叶片表面生成了以AL为主的氧化物，即氧化 铝。 (2)过渡层及内层 图 白亮层及表层之间主要是B一NiA1相，称为过渡 层或外层；与基体相连的白亮层主要由碳化物及金属 12001020304050 化合物组成（基体除外），称为内层。 Distauce,um 依次对叶片渗层三个区域作了点扫描，方向从左 Before test After tect 至右，由渗层到基体。将扫描点的各元素含量经换算 图4渗层点扫描元素变化 绘制成曲线示于图4。 Fig.4 Eiement change by point scamning (3)渗层厚度及渗层组织： 由于叶片渗层工艺不同（料浆渗A1及真空渗A两种）其渗层厚度也不一样。真空渗A1 层厚度为22.5μm,料浆渗A1层厚度为32.5μm(图5)。试车后的渗层组织在与基体交界处出 图5渗层组织及针状相 Fig.5 Coating structure and platelike phase
心 皿 一 三」 一声一户一一州一一 好 切工 工成 右 了 工 工 图 测定 部位 示意图 金乳 主 分 析 和 讨 论 渗层变化 一 根据渗层中各层元 素变化及 伤 出相不同 ， 可将渗层分为表层 、 过渡层 和 内层 三 个 区 讨 论 。 农 层 试车前 叶片表面外观呈细 小颗粒 状 。 试车后变得 较粗大 。 试车前 叶 片表面 、 含 量较 高 ， 而试车 片表面 含 量仍然较 高 ， 但 八 元素则 明显降 合金 中其他元素如 人 味 、 。 等也有所 阳氏 。 叶片表面生 成了以 为主确化物 ， 即氧化 铝 。 几 过渡层 及 内层 绘制撇成 曲线 示于 图 熬。 嗽爹 护 一 厂 一 产一 产、 。 、 尸 ‘ 顶 卜一 汾户 夕卜 广 · 一 尸 ， ，、 一 乙 、 一 入之卜 、 之广介 ’ 一 议 办 久 卜 沁工扮沁扮、 · 知如却即劝 敬 阅亏工 衬泳翻 桩拱口吕。 妙加 户。 吞 一 曹 加 飞 别 的 印 刀 七 ， 沙功 公 七 七 众 七 分 七 口 七 图 一 渗层点扫描元素变化 连 仁 层厚 戴彭蒸飘糯留装浆暑鬓豪攀眷器魏 图 渗层组 织 及针状相 刀
现针状相，并向基体内延伸长大（见图6）。x射线衍射结果表明针状相为μ相。 (4)基体 叶片试车后Y‘碳化物、硼化物相的变化不明显。 用1000kV超高压电镜观察了叶片试车前后基体内的位错，分布情况如图7a、b、c,d并 示。 图6针快相出现 Fig.6 Occurrence of plate-like phase a-before test b-position 3 after tetst c-position 5 after test d-position 1 after test 图7叶片试车前后部位的位错 Fig.7 Dislocations i in different positions of blade before and after test 110
现针状相 ， 并向基体内延 伸长 大 见图 。 射线衍 射结 果表明针 状相为 卜相 。 基体 叶 片试车后 丫 ‘ 碳 化 物 、 硼 化 物相 的变化不 明显 。 用 超 高压 电镜 观察 了叶片试车前后 基体 内的位错 ， 分 布情 况如 图 、 、 、 沂 示 。 图 针状相 出现 一 五 一 一 鑫 一 图 叶片试车前后 部位的位错 一