GH4099合金軋制棒材高溫持久性能分析

GH4099合金是一種時(shí)效強(qiáng)化型高溫合金。它是以Ni、Cr為基，以W、Mo、Co進(jìn)行固溶強(qiáng)化,以A1、Ti進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，以B、Ce進(jìn)行晶間強(qiáng)化,是一種高熱強(qiáng)性的彌散強(qiáng)化材料。合金具有復(fù)雜的相組成，除基體Y相外，主要有Y'、Ti (CN)型氮化物和長期時(shí)效后出現(xiàn)的o相和u相。該合金主要用航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室擴(kuò)散器等高溫強(qiáng)度的承力件，使用溫度可達(dá)1000℃左右。

試驗(yàn)方法及結(jié)果

2008年前的GH4099合金棒材的高溫持久性能合格率很低，主要表現(xiàn)為持久壽命偏低，因此，對08年批次的合金成分進(jìn)行了調(diào)整，主要提高了合金中c、w、Mo、Co、Al元素的含量，加入了晶界強(qiáng)化元素Mg，對比是否調(diào)整后對持久壽命有利，調(diào)整后合金成分的配入量見表1。

通過對GH4099合金成分的調(diào)整，GH4099棒材成品的瞬時(shí)強(qiáng)度提高了，塑性略有下降，持久壽命也提高了。調(diào)整前后各3爐GH4099合金的成分對比見表2，力學(xué)性能和持久壽命對比見表3。

從表2可以看出，調(diào)整后GH4099合金的w由5.70%左右提高到了5.95士0.03%，Mo由3.75土0.05%提高到了4.00%左右,Co由6.5%提高到了7.0士0.05%，Mg 也由0.003%提高到了0.01%。

分析討論

試驗(yàn)主要提高了固溶強(qiáng)化元素W、Mo、Co,時(shí)效強(qiáng)化元素A1、以及晶界強(qiáng)化元素Mg的配入,并獲得比較理想的持久壽命，下面逐一進(jìn)行分析。

在高溫合金中，合金元素的固溶強(qiáng)化作用首先是與溶質(zhì)和溶劑原子尺寸因素差別相關(guān)聯(lián)，此外兩種原子的電子因素和化學(xué)因素差別也很重要，而這些因素也是決定合金元素在基體中的溶解度因素。

溶解度小的合金元素較之溶解度大的合金元素，會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用，但其溶解度小卻又限制其加入量。而溶解度的的元素卻又因加入量大而獲得更好的強(qiáng)化效果["。各種合金的溶解度是不同的(如圖1所示)，同時(shí)固溶強(qiáng)化能力卻是相反的。

由圖1可知，Cr、Mo、W都是GH4099合金中強(qiáng)固溶強(qiáng)化元素。其強(qiáng)化作用隨溫度升高而下降，GH4099合金在900℃檢測持久能力，在如此其意義是Co元素可降低v‘相的溶解度以增加x’相的數(shù)量，已達(dá)到提高持久壽命的目的。聯(lián)系表1、表2和表3,說明課題組采用提高強(qiáng)固溶元素W、Mo、Co的方法是正確的。

1) GH4099合金在Al、 Ti含量配入不變的情況下，通過提高W、Mo、Co合金含量，對提高合金強(qiáng)度有利。

2) GH4099合金Mg元素控制在適當(dāng)范圍對提高合金持久性能有利。