D0I:10.13374/1.issnl00I63.2006.12.027 第28卷第12期 北京科技大学学报 Vol.28 No.12 2006年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2006 热处理工艺对热挤压变形粉末高温合金FGH95 组织与性能的影响 胡本芙) 尹法章)贾成厂1) 金开生) 李慧英) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 2)北京有色金属研究总院国家金属基复合材料工程技术研究中心，北京100088 摘要对比研究了FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下合金的组织及丫的分布，用 光学显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效 后丫的中心暗场相，测试了室温(20℃)和高温(650℃)材料的拉伸性能，并对高温瞬时断裂区断 口进行了对比分析·结果表明：相同热处理工艺，P温度越高，时效析出的Y相尺寸越大；不同 热处理制度均能够改变Y的分布；盐浴冷却明显增大中等尺寸Y相数量，显著提高合金高温塑 性 关键词FGH95高温合金：热等静压；热处理工艺：显微组织 分类号TF125.2+12 粉末高温合金是20世纪60年代出现的一种 1120和1190℃下，105MPa压力等静压3h,压坯 用新技术生产的高温合金，由于粉末高温合金具 尺寸为80mm×90mm,之后去掉包套，重新包 有晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、合金化程度 套，包套尺寸为100mmX90mm,壁厚6mm,包 高、屈服强度高及疲劳性能好等优点，因而被认为 套与锭子之间涂上润滑剂，在1120℃加热2h,随 是制造高推重比新型发动机涡轮盘的理想材 后挤压成材，挤压比为6.51. 料]，国外经过20多年的生产和使用，粉末高 对上述挤压材料分别进行如下两种热处理工 温合金的生产工艺已经相当成熟，质量控制手段 艺.第一种热处理工艺(HT1):在1130℃保温1h 更为严格和完整，用途也日益广泛，现已生产了压 后油淬，然后在870℃保温1h后空冷，最后在 气机盘、涡轮盘、涡轮轴和涡轮挡板等多种高温部 650℃保温24h后空冷进行时效处理；第二种热 件9 处理工艺(HT2):在1140℃保温1h后盐浴，然后 本文研究了热等静压十挤压变形合金（挤压 在870℃保温1h后空冷，最后在650℃保温24h 比为6.5：1)的组织与性能，以及采用不同热处理 后空冷进行时效处理， 制度后强化相Y相的分布状况，对比研究了热处 用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透 理制度与合金力学性能的关系，以期找到高温合 射电镜(TEM)观察了不同热处理制度处理后合 金热处理的最佳工艺，提高合金的性能 金的组织及时效后小Y的中心暗场相，测试了室 温(20℃)和高温(650℃)材料的拉伸性能.浸蚀 1 实验材料及方法 剂溶液成分为CuCl2(5g),HCl(100mL,质量分 选用250m以下的氩气雾化FGH95合金粉 数约为38%)，酒精(100mL,分析纯)，浸蚀2 末，其合金成分（质量分数，%）为：C,0.059;C0, min,薄晶体试样减薄采用电解双喷方法，本文称 8.01;Cr,13.50;W,3.74;Mo,3.61;Nb,3.54; 尺寸在1.0m以上的Y相为大Y,尺寸在0.1~ Al,3.70;Ti,2.59;其余为Ni.将合金粉末装入 1.0m之间的Y相为中Y,尺寸在0.1m以下 的Y相为小Y. 不锈钢圆筒包套，真空脱气，封焊，然后分别在 收稿日期：2005-09-27修回日期：2006-04-14 2实验结果和分析 基金项目：国家“十五”民口配套重点研究项目(N。MKPT-O- 2.1热等静压后GH95合金组织 127ZD) 作者简介：胡本芙(1937一)，男，教授，博士生导师 图1(a)和图1(b)分别是热等静压温度为
热处理工艺对热挤压变形粉末高温合金 FGH95 组织与性能的影响 胡本芙1） 尹法章2） 贾成厂1） 金开生1） 李慧英1） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 2） 北京有色金属研究总院国家金属基复合材料工程技术研究中心北京100088 摘 要 对比研究了 FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下合金的组织及 γ′的分布用 光学显微镜、扫描电镜（SEM）和透射电镜（T EM）观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效 后 γ′的中心暗场相测试了室温（20℃）和高温（650℃）材料的拉伸性能并对高温瞬时断裂区断 口进行了对比分析．结果表明：相同热处理工艺HIP 温度越高时效析出的 γ′相尺寸越大；不同 热处理制度均能够改变 γ′的分布；盐浴冷却明显增大中等尺寸 γ′相数量显著提高合金高温塑 性． 关键词 FGH95高温合金；热等静压；热处理工艺；显微组织 分类号 TF125∙2＋12 收稿日期：20050927 修回日期：20060414 基金项目：国家“十五”民口配套重点研究项目（No．MKPT－01－ 127ZD） 作者简介：胡本芙（1937－）男教授、博士生导师 粉末高温合金是20世纪60年代出现的一种 用新技术生产的高温合金由于粉末高温合金具 有晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、合金化程度 高、屈服强度高及疲劳性能好等优点因而被认为 是制造高推重比新型发动机涡轮盘的理想材 料［1－8］．国外经过20多年的生产和使用粉末高 温合金的生产工艺已经相当成熟质量控制手段 更为严格和完整用途也日益广泛现已生产了压 气机盘、涡轮盘、涡轮轴和涡轮挡板等多种高温部 件［9－11］． 本文研究了热等静压＋挤压变形合金（挤压 比为6∙5∶1）的组织与性能以及采用不同热处理 制度后强化相γ′相的分布状况对比研究了热处 理制度与合金力学性能的关系以期找到高温合 金热处理的最佳工艺提高合金的性能． 1 实验材料及方法 选用250μm 以下的氩气雾化 FGH95合金粉 末其合金成分（质量分数％）为：C0∙059；Co 8∙01；Cr13∙50；W3∙74；Mo3∙61；Nb3∙54； Al3∙70；Ti2∙59；其余为 Ni．将合金粉末装入 不锈钢圆筒包套真空脱气封焊然后分别在 1120和1190℃下105MPa 压力等静压3h压坯 尺寸为●80mm×90mm之后去掉包套重新包 套包套尺寸为●100mm×90mm壁厚6mm包 套与锭子之间涂上润滑剂在1120℃加热2h随 后挤压成材挤压比为6∙5∶1． 对上述挤压材料分别进行如下两种热处理工 艺．第一种热处理工艺（HT1）：在1130℃保温1h 后油淬然后在870℃保温1h 后空冷最后在 650℃保温24h 后空冷进行时效处理；第二种热 处理工艺（HT2）：在1140℃保温1h 后盐浴然后 在870℃保温1h 后空冷最后在650℃保温24h 后空冷进行时效处理． 用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透 射电镜（TEM）观察了不同热处理制度处理后合 金的组织及时效后小γ′的中心暗场相测试了室 温（20℃）和高温（650℃）材料的拉伸性能．浸蚀 剂溶液成分为 CuCl2（5g）HCl （100mL质量分 数约为 38％）酒精（100mL分析纯）浸蚀 2 min薄晶体试样减薄采用电解双喷方法．本文称 尺寸在1∙0μm 以上的γ′相为大γ′尺寸在0∙1～ 1∙0μm 之间的γ′相为中γ′尺寸在0∙1μm 以下 的γ′相为小γ′． 2 实验结果和分析 2∙1 热等静压后 FGH95合金组织 图1（a）和图1（b）分别是热等静压温度为 第28卷 第12期 2006年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．28No．12 Dec．2006 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2006．12．027
.1122 北京科技大学学报 2006年第12期 1120和1190℃时合金在光学显微镜下观察到的 1190℃热等静压组织中Y相分布更均匀，原始颗 合金的显微组织，由图可以看出，1120℃热等静 粒边界和树枝晶痕迹基本消除，对薄晶体试样观 压(hot isostatic pressing,HlP)组织还保留有由Y 察表明：1120和1190℃热等静压组织中等尺寸 相构成的原始颗粒边界(PPB)及树枝晶（见图中 Y相的形态均为四个方形构成的蝶形状（见图2 箭头所示)痕迹，大Y相主要分布于原始颗粒边 (a)和图2(b) 界和晶界，中等尺寸Y相均匀地分布于晶内.而 (b) 10μm 10m 图1热等静压态FGH95合金光学显微照片.(a)1120℃；(b)1190℃ ig-1.OM micrographs of FGH95 alloy after HIP:(a)1120℃：(b)1190℃ (b) 0.5 um 0.5 um 图2热等静压态FGH95合金Y相形貌(TEM·(a)1120℃；(b)1190℃ Fig.2 TEM micrographs of Y'phase in FGH95 alloy after HIP:(a)1120C:(b)1190C 2.2热等静压十挤压后FGH95合金组织 薄晶体透射电镜观察（见图4）表明：挤压态 通过挤压以后，扫描电镜观察2HE(2HE: 组织大都为再结晶组织，但仍存在未完全再结晶 1120℃HIP+1200℃extrusion)组织表明：由大 组织，这种变形态组织有两种典型的特征：一种如 Y相构成的原始颗粒边界及树枝晶基本消失（见 图4(a)的D处，形变集中在晶粒内部，在这种晶 图3(a)),说明挤压变形对破碎原始颗粒边界和 粒的晶界及晶粒内有大、中尺寸的Y相，阻止再 消除树枝晶效果明显.中等尺寸Y相增多，大Y 结晶的发生，在大、中Y相周围位错密度很高；另 相减少，挤压对破碎大Y相有明显作用.而9HE 一种如图4(b)的E处，这种组织是在晶界及晶内 (9HE:1190℃HP+1200℃extrusion)组织（见 没有大、中Y相，可是晶粒沿挤压方向伸长，高密 图3(b)中这种中等尺寸Y相明显少于2HE组 度位错构成晶界，而其周围没有再结晶发生，这 织，大Y相则增多.这说明挤压对相对一定尺寸 两种形变组织在挤压及随后冷却过程中都来不及 的中Y相无破碎作用，在挤压时这些Y相粗化而 发生再结晶，说明HP温度对挤压态组织的影响 使大Y相增多 主要是改变Y相的尺寸和分布
1120和1190℃时合金在光学显微镜下观察到的 合金的显微组织．由图可以看出1120℃热等静 压（hot isostatic pressingHIP）组织还保留有由γ′ 相构成的原始颗粒边界（PPB）及树枝晶（见图中 箭头所示）痕迹．大γ′相主要分布于原始颗粒边 界和晶界中等尺寸γ′相均匀地分布于晶内．而 1190℃热等静压组织中γ′相分布更均匀原始颗 粒边界和树枝晶痕迹基本消除．对薄晶体试样观 察表明：1120和1190℃热等静压组织中等尺寸 γ′相的形态均为四个方形构成的蝶形状（见图2 （a）和图2（b））． 图1 热等静压态 FGH95合金光学显微照片．（a）1120℃；（b）1190℃ Fig．1 OM micrographs of FGH95alloy after HIP： （a）1120℃；（b）1190℃ 图2 热等静压态 FGH95合金γ′相形貌（TEM）．（a）1120℃；（b）1190℃ Fig．2 TEM micrographs of γ′phase in FGH95alloy after HIP： （a）1120℃；（b）1190℃ 2∙2 热等静压＋挤压后 FGH95合金组织 通过挤压以后扫描电镜观察2HE （2HE： 1120℃ HIP＋1200℃ extrusion）组织表明：由大 γ′相构成的原始颗粒边界及树枝晶基本消失（见 图3（a））说明挤压变形对破碎原始颗粒边界和 消除树枝晶效果明显．中等尺寸γ′相增多大γ′ 相减少挤压对破碎大γ′相有明显作用．而9HE （9HE：1190℃ HIP＋1200℃ extrusion）组织（见 图3（b））中这种中等尺寸γ′相明显少于2HE 组 织大γ′相则增多．这说明挤压对相对一定尺寸 的中γ′相无破碎作用在挤压时这些γ′相粗化而 使大γ′相增多． 薄晶体透射电镜观察（见图4）表明：挤压态 组织大都为再结晶组织但仍存在未完全再结晶 组织这种变形态组织有两种典型的特征：一种如 图4（a）的 D 处形变集中在晶粒内部在这种晶 粒的晶界及晶粒内有大、中尺寸的γ′相阻止再 结晶的发生在大、中γ′相周围位错密度很高；另 一种如图4（b）的 E 处这种组织是在晶界及晶内 没有大、中γ′相可是晶粒沿挤压方向伸长高密 度位错构成晶界而其周围没有再结晶发生．这 两种形变组织在挤压及随后冷却过程中都来不及 发生再结晶说明 HIP 温度对挤压态组织的影响 主要是改变γ′相的尺寸和分布． ·1122· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第12期
Vol.28 No.12 胡本芙等：热处理工艺对热挤压变形粉未高温合金FGH95组织与性能的影响·1123· (b) 图3热等静压十挤压后合金的SEM照片.(a)1120℃热等静压十1120℃挤压：(b)1190℃热等静压十1120℃挤压 Fig-3 SEM micrographs of FGH95 alloy after HIP plus extrusion:(a)1120C HIP+1120C extrusion:(b)1190C HIP+1120C ex- trusion Tμum I um 图4热等静压十挤压后合金的TEM照片 Fig.4 TEM micrographs of FGH95 alloy after HIP plus extrusion 2.3挤压后试样经热处理后析出的小Y相 如图5所示，对小Y相大小进行统计得到其频度 不同温度热等静压十挤压变形后的试样，经 分布如图6所示 不同热处理制度处理后，其TEM中心暗场照片 (a) 100nm 100nm 100nm 图5不同热处理工艺后小Y相TEM中心暗场像.(a)2H亚T1:(b)9HT1:(c)2HET2 Fig.5 TEM micrographs of small Y'phase after different heat treatment processing:(a)2HET1:(b)9HET1;(c)2HET2 (1)不同热等静压温度对小Y相分布的影 extrusion+HTl)试样频度分布曲线峰值在 响.图5(a),(b)为HT1热处理后的TEM中心暗 2HET1(2HET1.1120℃HlP+1200℃extrusion 场像.显然，经相同热处理工艺处理后，1190℃热 十HT1)的右边，也说明相同热处理制度下，1190 等静压十挤压变形试样经热处理后小Y相尺寸 ℃热等静压十挤压变形试样热处理后的小Y相 比1120℃的大.从小Y相的频度分布曲线（图6 尺寸比1120℃的大 (a))看，9HET1(9HET1.1190℃HP+1200℃ (2)不同热处理制度对小Y相分布的影响
图3 热等静压＋挤压后合金的 SEM 照片．（a）1120℃热等静压＋1120℃挤压；（b）1190℃热等静压＋1120℃挤压 Fig．3 SEM micrographs of FGH95alloy after HIP plus extrusion： （a）1120℃ HIP＋1120℃ extrusion；（b）1190℃ HIP＋1120℃ extrusion 图4 热等静压＋挤压后合金的 TEM 照片 Fig．4 TEM micrographs of FGH95alloy after HIP plus extrusion 2∙3 挤压后试样经热处理后析出的小γ′相 不同温度热等静压＋挤压变形后的试样经 不同热处理制度处理后其 TEM 中心暗场照片 如图5所示对小γ′相大小进行统计得到其频度 分布如图6所示． 图5 不同热处理工艺后小γ′相 TEM 中心暗场像．（a）2HET1；（b）9HET1；（c）2HET2 Fig．5 TEM micrographs of smallγ′phase after different heat treatment processing：（a）2HET1；（b）9HET1；（c）2HET2 （1） 不同热等静压温度对小γ′相分布的影 响．图5（a）（b）为 HT1热处理后的 TEM 中心暗 场像．显然经相同热处理工艺处理后1190℃热 等静压＋挤压变形试样经热处理后小γ′相尺寸 比1120℃的大．从小γ′相的频度分布曲线（图6 （a））看9HET1（9HET1：1190℃ HIP＋1200℃ extrusion＋ HT1） 试 样 频 度 分 布 曲 线 峰 值 在 2HET1（2HET1：1120℃ HIP＋1200℃ extrusion ＋HT1）的右边也说明相同热处理制度下1190 ℃热等静压＋挤压变形试样热处理后的小γ′相 尺寸比1120℃的大． （2） 不同热处理制度对小γ′相分布的影响． Vol．28No．12 胡本芙等： 热处理工艺对热挤压变形粉末高温合金 FGH95组织与性能的影响 ·1123·
,1124 北京科技大学学报 2006年第12期 图5(a),(c)给出了经相同挤压工艺、不同热处理 从图6(b)可以看出，对1120℃热等静压十挤压 后的小Y相的形貌(TEM),对比2HET1和 变形后的试样，经盐浴冷却(HT2)时效析出的小 2HET2(2HET2.1120℃HP+1200℃extrusion Y相尺寸较油冷(HT1)小.这是因为盐淬比油淬 十HT2)可以看出，热等静压和挤压工艺相同，采 冷却速度慢，有一部分Y相以中等尺寸在晶内析 用HT2热处理工艺后小Y相尺寸明显比HT1 出，致使基体Y相形成元素过饱和度减小，时效 小.图6给出了经热处理后小Y相尺寸频度分布 时小Y相的尺寸也就小；油冷速度快，晶内很少 曲线.从图6(a)可以看出，采用相同热处理制度 有中等Y相析出，故时效时析出的小Y相尺 HT1,热等静压温度越高，小Y相平均尺寸越大； 寸大 0.40 0.40 (a) (b) 0.35 ■2HET1 0.35 ●2HET1 零9HET1 平2HET2 0.30 0.30 0.25 05 0.20 020 0.15 0.10 0.10 0.05 0.05 70 10 20 304050 6070 00102030405060 颗粒尺寸nm 颗粒尺寸/nm 图6热处理后小？相频度分布曲线 Fig.6 Frequency distribution of small Y phase after heat treatments 2.4热处理后合金的力学性能 GE(General Electric)公司给出的技术标准，同 把热处理后的棒材加工成标准的拉伸试样， 时，采用不同热处理工艺，高温塑性相差明显.采 分别测试了室温(20℃)和高温(650℃)拉伸性 用HT2热处理制度，在高温强度都保持较高值的 能，其结果见表1.从表中可以看出：室温时，不同 同时，能显著提高合金的高温塑性，如650℃拉伸 热处理工艺下拉伸性能相差不大，且都高于美国 时，010=10.45%，=14%. 表1热等静压十热挤压变形FGH95合金力学性能 Table 1 Mechanical properties of FGH95 alloy after HIP plus extrusion 20℃拉伸 650℃拉伸 热处理 屈服强度， 抗拉强度， 延伸率， 屈服强度， 抗拉强度， 延伸率， 工艺 断面收缩 断面收缩 Co.2/MPa G/MPa 61o/% 率，/% Co.2/MPa G/MPa 0g/% 率，% 2HET1 1477 1834 16.25 17.10 1345 1616 7.80 8.90 9HET1 1450 1817 17.25 22.15 1325 1660 10.00 11.80 2HET2 11452 1817 15.00 19.80 1338 1635 10.45 14.00 技术规范” 1240 1585 10 12 1150 1426 8 10 注：为美国GE公司的技术规范(A级) 热处理后强化相Y的分布和尺寸是决定合 溶，合金过饱和度比1190℃HIP合金大(9HET1 金性能的主要因素，从图7热处理后不同尺寸Y 中部分大Y相被残存)，油冷过程中析出冷却Y 相占总颗粒百分数的统计可以看出，不同热处理 相量多，而随后时效时合金过饱和度低，小Y相 工艺下Y相的总量变化不大(2HET1,54.73%; 析出数量少而且尺寸也小.2HET1与2HET2两 2HET2,56.44%),但不同尺寸Y相的分布却有 种工艺比较，热变形工艺相同，经HT2热处理后 差异，2HET1和9HET1工艺相比，同样是油冷， 中等尺寸Y相明显增多，达总颗粒的17.14%，同 但由于HIP温度不同，小Y相尺寸不同（见图5 时HT2工艺还减少了大Y相的数量.从高温拉 (a)和5(b)),HIP温度高，小尺寸y相尺寸增大， 伸性能的结果看，这种组织对提高高温塑性是有 这是因为在挤压时，1120℃HⅢP时长大的Y相 利的，以前的工作表明，HIP试样在热处理时 被挤压变形破碎的多，热处理时Y相可被完全固 裂纹是沿着晶界粗大Y相边缘扩展的，而HT1工
图5（a）（c）给出了经相同挤压工艺、不同热处理 后的小 γ′相的形 貌 （TEM ）．对 比 2HET1 和 2HET2（2HET2：1120℃ HIP＋1200℃ extrusion ＋HT2）可以看出热等静压和挤压工艺相同采 用 HT2热处理工艺后小γ′相尺寸明显比 HT1 小．图6给出了经热处理后小γ′相尺寸频度分布 曲线．从图6（a）可以看出采用相同热处理制度 HT1热等静压温度越高小γ′相平均尺寸越大； 从图6（b）可以看出对1120℃热等静压＋挤压 变形后的试样经盐浴冷却（HT2）时效析出的小 γ′相尺寸较油冷（HT1）小．这是因为盐淬比油淬 冷却速度慢有一部分γ′相以中等尺寸在晶内析 出致使基体γ′相形成元素过饱和度减小时效 时小γ′相的尺寸也就小；油冷速度快晶内很少 有中等 γ′相析出故时效时析出的小 γ′相尺 寸大． 图6 热处理后小γ′相频度分布曲线 Fig．6 Frequency distribution of smallγ′phase after heat treatments 2∙4 热处理后合金的力学性能 把热处理后的棒材加工成标准的拉伸试样 分别测试了室温（20℃）和高温（650℃）拉伸性 能其结果见表1．从表中可以看出：室温时不同 热处理工艺下拉伸性能相差不大且都高于美国 GE（General Electric）公司给出的技术标准．同 时采用不同热处理工艺高温塑性相差明显．采 用 HT2热处理制度在高温强度都保持较高值的 同时能显著提高合金的高温塑性如650℃拉伸 时δ10＝10∙45％ψ＝14％． 表1 热等静压＋热挤压变形 FGH95合金力学性能 Table1 Mechanical properties of FGH95alloy after HIP plus extrusion 热处理 工艺 20℃拉伸 650℃拉伸 屈服强度 σ0∙2／MPa 抗拉强度 σb／MPa 延伸率 δ10／％ 断面收缩 率ψ／％ 屈服强度 σ0∙2／MPa 抗拉强度 σb／MPa 延伸率 δ10／％ 断面收缩 率ψ／％ 2HET1 1477 1834 16∙25 17∙10 1345 1616 7∙80 8∙90 9HET1 1450 1817 17∙25 22∙15 1325 1660 10∙00 11∙80 2HET2 11452 1817 15∙00 19∙80 1338 1635 10∙45 14∙00 技术规范∗ 1240 1585 10 12 1150 1426 8 10 注：∗ 为美国 GE 公司的技术规范（A 级）． 热处理后强化相γ′的分布和尺寸是决定合 金性能的主要因素．从图7热处理后不同尺寸γ′ 相占总颗粒百分数的统计可以看出不同热处理 工艺下γ′相的总量变化不大（2HET154∙73％； 2HET256∙44％）但不同尺寸γ′相的分布却有 差异．2HET1和9HET1工艺相比同样是油冷 但由于 HIP 温度不同小γ′相尺寸不同（见图5 （a）和5（b））HIP 温度高小尺寸γ′相尺寸增大 这是因为在挤压时1120℃ HIP 时长大的γ′相 被挤压变形破碎的多热处理时γ′相可被完全固 溶合金过饱和度比1190℃ HIP 合金大（9HET1 中部分大γ′相被残存）油冷过程中析出冷却γ′ 相量多而随后时效时合金过饱和度低小γ′相 析出数量少而且尺寸也小．2HET1与2HET2两 种工艺比较热变形工艺相同经 HT2热处理后 中等尺寸γ′相明显增多达总颗粒的17∙14％同 时 HT2工艺还减少了大γ′相的数量．从高温拉 伸性能的结果看这种组织对提高高温塑性是有 利的．以前的工作表明［5］HIP 试样在热处理时 裂纹是沿着晶界粗大γ′相边缘扩展的而 HT1工 ·1124· 北 京 科 技 大 学 学 报 2006年第12期
Vol.28o.12 胡本芙等：热处理工艺对热挤压变形粉末高温合金FGH95组织与性能的影响 .1125. 艺所得的组织中大Y相数量较多，这些大Y相几 度对Y相尺寸、数量有明显影响，热等静压温度 乎以连续的方式分布于晶界，显然裂纹一旦形成 越高，Y相分布越均匀，而经时效处理后小Y相尺 就很容易连续地沿着大Y相边缘扩展.HT2工艺 寸越大 所得的组织中大Y相数量较少，大Y不连续地分 (2)挤压后热处理工艺对Y相的总量影响不 布于晶界；这样，如果有裂纹沿大Y相边缘扩展， 明显，但显著影响Y尺寸的分布.HT2工艺和 则这种扩展是非连续的，从而使裂纹扩展的速率 HT1工艺相比，HT2工艺能明显增加中等尺寸Y 降低，另一方面，经HT2工艺处理后，晶内有大 的比例，相应地减少了小Y和大Y的质量分数， 量中等Y相析出；与大Y相相比，中等尺寸Y相 可明显改善合金高温塑性， 具有更大的形变协调性而不易发生应力集中，这 样就可以减少裂纹发生，有利合金塑性提高 参考文献 [1]李力，燃气涡轮发动机应用的粉末高温合金·国外金属材 料，1981(9)：23 [2]师昌绪，陆达，荣科。中国高温合金四十年.北京：中国科学 40 与技术出版社，1996,65 [3]江和甫.对涡轮盘材料的需求及展望.燃气涡轮实验与研 究，2002,15(4)：1 [4]黄乾尧，李汉康.高温合金·北京：冶金工业出版社，2000. 20 [5)张莹，张义文，陶宇，等.FGH96粉末高温合金的组织演变 材料工程，2002(Suppl):62 10 11.99 91 476 [6]国为民，宋璞生，吴剑涛，等.粉末高温合金的研制与展望 233 0.61 粉末冶金工业，1999,9(2)：9 2HETI 9HETI 2HET2 处理工艺 [7]国为民，俄罗斯粉末高温合金工艺的研究和发展，粉末冶 金工业，2000,10(1)：20 图7不同处理制度？相及不同尺寸？相的分布比较 [8]国为民，冯涤，吴剑涛，等镍基粉末高温合金治金工艺的 Fig.7 Comparison of the distributions of Y and Y phase for 研究与发展.材料工程，2002,3：44 different heat treatments [9]Park N K.Kim I S.Hot forging of nickel-base superalloy.J Mater Process Technol,2001,111(2):98 3 结论 [10]国为民.一100mFGH95粉末合金盘坯件的力学性能和 热强性能.材料科学与工艺，1998,6(3)：109 (1)相同热处理工艺下，挤压前热等静压温 [11]牛连奎，张英才，李世魁.粉末预处理对FGH95合金组织 和性能的影响.粉末治金工业，1999,9(3)：23 Effect of heat treatment processing on the microstructure and properties of hot extrusion-deformed FGH95 alloy HU Benfu,YIN Fazhang2),IIA Chengchang,IIN Kaishen,LI Huiying) 1)Materials Science and Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)National Engineering and Technology Center for Nonferrous Metals Composites.General Research Institute for Nonferrous Metals,Beijing 100088.China ABSTRACT The microstructure and Y'phase distribution of FGH95 P/M superalloy under different hot extrusions and heat treatments were investigated.OM,SEM and TEM were employed to study the mi- crostructure after heat treatment and yphase's dark field images after aging treatment.Tensile properties at room temperature(20C)and high temperature (650C)were tested.The microstructure of instant fracture appearance at high temperature was also analyzed.The results show that under the same heat treat- ment the higher HIP temperature is,the larger y phase size during aging treatment is.Heat treatment processing can change the distribution of y phase,and salt cooling can increase the total number of y phase with middle size and markedly improve the high temperature plasticity. KEY WORDS FGH95 P/M superalloy:hot isostatic pressing (HIP);heat treatment;microstructure
艺所得的组织中大γ′相数量较多这些大γ′相几 乎以连续的方式分布于晶界显然裂纹一旦形成 就很容易连续地沿着大γ′相边缘扩展．HT2工艺 所得的组织中大γ′相数量较少大γ′不连续地分 布于晶界；这样如果有裂纹沿大γ′相边缘扩展 则这种扩展是非连续的从而使裂纹扩展的速率 降低．另一方面经 HT2工艺处理后晶内有大 量中等γ′相析出；与大γ′相相比中等尺寸γ′相 具有更大的形变协调性而不易发生应力集中这 样就可以减少裂纹发生有利合金塑性提高． 图7 不同处理制度γ相及不同尺寸γ′相的分布比较 Fig．7 Comparison of the distributions of γand γ′phase for different heat treatments 3 结论 （1） 相同热处理工艺下挤压前热等静压温 度对γ′相尺寸、数量有明显影响热等静压温度 越高γ′相分布越均匀而经时效处理后小γ′相尺 寸越大． （2） 挤压后热处理工艺对γ′相的总量影响不 明显但显著影响γ′尺寸的分布．HT2工艺和 HT1工艺相比HT2工艺能明显增加中等尺寸γ′ 的比例相应地减少了小γ′和大γ′的质量分数 可明显改善合金高温塑性． 参 考 文 献 ［1］ 李力．燃气涡轮发动机应用的粉末高温合金．国外金属材 料1981（9）：23 ［2］ 师昌绪陆达荣科．中国高温合金四十年．北京：中国科学 与技术出版社1996：65 ［3］ 江和甫．对涡轮盘材料的需求及展望．燃气涡轮实验与研 究200215（4）：1 ［4］ 黄乾尧李汉康．高温合金．北京：冶金工业出版社2000． ［5］ 张莹张义文陶宇等．FGH96粉末高温合金的组织演变． 材料工程2002（Suppl）：62 ［6］ 国为民宋璞生吴剑涛等．粉末高温合金的研制与展望． 粉末冶金工业19999（2）：9 ［7］ 国为民．俄罗斯粉末高温合金工艺的研究和发展．粉末冶 金工业200010（1）：20 ［8］ 国为民冯涤吴剑涛等．镍基粉末高温合金冶金工艺的 研究与发展．材料工程20023：44 ［9］ Park N KKim I S．Hot forging of nicke-l base superalloy．J Mater Process Technol2001111（2）：98 ［10］ 国为民．－100μm FGH95粉末合金盘坯件的力学性能和 热强性能．材料科学与工艺19986（3）：109 ［11］ 牛连奎张英才李世魁．粉末预处理对 FGH95合金组织 和性能的影响．粉末冶金工业19999（3）：23 Effect of heat treatment processing on the microstructure and properties of hot extrusion-deformed FGH95alloy HU Benf u 1）Y IN Faz hang 2）JIA Chengchang 1）JIN Kaishen 1）LI Huiying 1） 1） Materials Science and Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） National Engineering and Technology Center for Nonferrous Metals CompositesGeneral Research Institute for Nonferrous MetalsBeijing 100088China ABSTRACT The microstructure and γ′phase distribution of FGH95P／M superalloy under different hot extrusions and heat treatments were investigated．OMSEM and TEM were employed to study the microstructure after heat treatment andγ′phase’s dark field images after aging treatment．Tensile properties at room temperature （20℃） and high temperature （650℃） were tested．The microstructure of instant fracture appearance at high temperature was also analyzed．The results show that under the same heat treatment the higher HIP temperature isthe larger γ′phase size during aging treatment is．Heat treatment processing can change the distribution ofγ′phaseand salt cooling can increase the total number ofγ′phase with middle size and markedly improve the high-temperature plasticity． KEY WORDS FGH95P／M superalloy；hot isostatic pressing （HIP）；heat treatment；microstructure Vol．28No．12 胡本芙等： 热处理工艺对热挤压变形粉末高温合金 FGH95组织与性能的影响 ·1125·