导读：利用金相及SEM分析了相同工艺制备的外形结构类似GH4169合金压气机盘锻件的持久试样组织，结果表明：①晶粒尺寸显著影响GH4169合金的持久性能，尺寸增大可以有效提高持久寿命；②相近晶粒尺寸条件下，一定范围内δ相含量越高持久性能越好。
GH4169合金是一种以面心立方奥氏体为基，以γ′′相[Ni3（Nb，Al，Ti）]为主要强化相并辅以γ′相[Ni3（Al，Ti）]强化的镍基高温合金，在650℃以下具有较高的强度及塑性，良好的持久性能，是目前高温合金领域发展最成功、用途最广泛的合金，广泛用于航空航天领域，特别在先进航空发动机的压气机盘和涡轮盘零件上是最主要的材料之一。近年来，我国在发动机锻件研制过程中多次出现GH4169合金压气机盘锻件持久性能不达标现象，本文以液压机成形的盘锻件为研究对象，分析了组织对持久性能的影响规律。
试料状态
研究用试料均为国外GH4169棒料于1010℃两火次镦饼+1000℃油压机模锻制备的压气机盘锻件，其中编号11、12、13试样取自持久性能不合格（见表1）的盘锻件，编号21、22、23试样取自持久性能合格（见表1）的盘锻件，2件盘锻件结构尺寸相似，锻件制备过程中加热温度相同，变形量相当。
表1 试样编号及持久性能
序号
试样编号
测试条件
持久寿命
备注
1
11
650℃＋760MPa＋25h
18:20
试环
2
12
18:00
试环
3
13
21:30
锻件本体
4
21
29:15
试环
5
22
38:11
试环
6
23
44:00
锻件本体
结果与分析
图1为不同试样的金相照片，经过晶粒统计得到不同试样的晶粒尺寸如表2所示。可以看出该批锻件的整体晶粒度较细，均在ASTM10级以上，与图2前期持久性能较好（晶粒度ASTM10级，持久67h）锻件的组织相比较细，这应该是本批锻件整体持久性能较低的一个主要原因。试样23持久性能相对较好，与其它试样相比最大的特征也是其晶粒尺寸稍稍较大，因为在高温状态下，晶界是薄弱环节，晶粒尺寸增大，晶界面积减少，持久断裂扩展的通道就减少了，从而提高了持久性能。
图1 不同试样的金相组织
图2 持久性能较好盘件组织
表2 不同试样的晶粒尺寸
编号
晶粒尺寸
11
4～9μm （11～12级）
12
3～6μm （12级及以上）
13
3～5μm （12级及以上）
21
4～7.4μm （11～12级）
22
3～6.1μm （12级及以上）
23
8～9.5μm （10～11级）
图3为其试样在1k倍下的扫描照片，从图中可以看出各试样的δ相的含量与分布情况，并对不同试样的δ相的含量进行了统计如表3所示。可以看出，合格盘锻件的δ相的含量普遍偏高，δ相的减少会对盘件的性能有一定的影响。
δ相（Ni3Nb）不是GH4169合金的强化相，其析出会消耗部分的γ′′相形成元素Nb，降低材料的强度，提高材料的塑韧性，若析出过多或以针状析出也会对塑性不利，且影响合金的持久性能，但δ相对提高晶界强度有重要作用，均匀分布的球状和短棒状δ相有助于细化晶粒、释放晶界周围的应力集中，平衡晶界强度。因此对GH4169合金而言，δ相与γ′′相存在交互作用，两者共同决定合金力学性能，δ相含量存在一最佳的范围。杨玉荣等人曾以国产材料为研究对象，在其实验中发现5%左右的δ相对持久寿命贡献最大，但本批国外材料锻件直至12%的δ相含量仍表现为有益于持久寿命，试样22与不合格盘件组织晶粒度相当，持久寿命明显高于编号为11、12、13的试样，持久性能的差异主要是受δ相差异的影响。
图3 不同试样的δ相分布
表3 不同试样的δ相含量
编号
δ相所占百分比
11
8.80%
12
9.72%
13
8.96%
21
10.25%
22
12.32%
23
9.77%
图4为试样在30k倍下的扫描照片，可以看出各个标号下的γ′′相均匀分布，在尺寸、含量及形态上并没有较大的差别，因此初步判断γ′′相对盘件在持久性能上的影响并不大。
图4 不同试样的γ＂相分布
结论
（1）GH4169合金锻件的晶粒度显著影响其持久性能，晶粒尺寸增大可以有效提高持久性能；
（2）相近晶粒尺寸条件下，一定范围内δ相含量越高持久性能越好。
——文章来自《锻造与冲压》2019年第7期
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