GH2132屈服強(qiáng)度不合格分析與研究

劉 晶 張銀東 李繼超

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

GH2132合金是一種以15Cr-25Ni-Fe為基，加入Mo、Ti、Al、V及微量B綜合強(qiáng)化、以金屬間化合物γ′相[Ni3（Ti，Al）]型強(qiáng)化的變形高溫合金。由于該合金在650℃以下具有高屈服強(qiáng)度和持久、蠕變強(qiáng)度，并且具有較好的加工塑性和滿意的焊接性能，適于制作650℃以下長期工作的航空發(fā)動機(jī)高溫承力部件，如渦輪盤、壓力機(jī)盤、轉(zhuǎn)子葉片和緊固件等，是一種在不太高的溫度下使用的多用途高溫合金。

1 問題描述

首次采用某鋼廠提供的優(yōu)質(zhì)GH2132合金Φ17棒材批量鍛造生產(chǎn)葉片，使用2個熔煉爐號的棒料，共計19個鍛造批，有4個批次屈服強(qiáng)度不合格（熔煉爐代號分別為A38、A45、A39、A51）。

第二次采用優(yōu)化后的葉片鍛造工藝和改進(jìn)后的試件成型工藝生產(chǎn)了5批葉片及試件，其中A89、A97、A98三爐試件屈服強(qiáng)度不合格，該5批鍛件均采用某鋼廠產(chǎn)Φ20規(guī)格的09242200290熔煉爐棒材進(jìn)行投產(chǎn)。

第三次GH2132葉片4個熔煉爐又 出 現(xiàn) 9批（C69、C71、C88、D15、D16、D17、D18、D19、D38）屈服性能不合格。

共投產(chǎn)的121批中出現(xiàn)過三次共計16個鍛造批屈服性能不合格。

2 試驗與分析

從三次性能不合格的結(jié)果來看，只是屈服強(qiáng)度Rp0.2在625MPa-680MPa之間，低于鍛件標(biāo)準(zhǔn)要求的690Mpa，而抗拉強(qiáng)度Rm都是合格的。這說明試件的組織與合格的組織差異不大，也就是說不會析出有害相，如果析出了有害相，抗拉強(qiáng)度也會不合格了。

2.1 原材料的影響

圖1 金相組織

1 6個鍛造批次屈服性能不合格，分屬于11個熔煉爐的棒料中，與原材料沒有直接對應(yīng)關(guān)系。將不合格的A51批棒材的剩余料頭再次復(fù)驗，并與同一熔煉爐批的原材料入廠復(fù)驗對比，各項性能指標(biāo)全部合格。

復(fù)查原材料入廠復(fù)驗數(shù)據(jù)，屈服性能范圍在690Mpa-880Mpa，原材料的性能雖然合格，但分散性較大，同一爐的棒材屈服性能差820Mpa-690Mpa=130Mpa。原材料是合格的，經(jīng)鍛造、熱處理后不合格，說明原材料不是主要原因，但剛合格的性能指標(biāo)對后續(xù)的性能可能會產(chǎn)生影響。

2.2 熱處理的影響

葉片采用優(yōu)質(zhì)GH2132合金棒料，鍛后熱處理制度為900℃下保溫1～2h油淬+705℃×16h空冷+650℃×16h空冷。為了驗證熱處理的影響，將A51爐的2件試驗件進(jìn)行了重復(fù)熱處理并測試力學(xué)性能，其研究與第一次熱處理后性能相當(dāng)。

另取C71爐2件試件進(jìn)行重復(fù)熱處理及檢測工作，檢測結(jié)果與首次檢測結(jié)果如表1，可以看出重復(fù)熱處理后性能有小幅度提高。說明熱處理可能提高個別試件的性能，對屈服強(qiáng)度有一定影響。

表1 兩次送檢結(jié)果對照表

2.3 取樣的影響

在不合格的A38、A39、A45、A51四爐葉片的本體取樣，測試性能，結(jié)果全部合格。說明屈服性能不合格與取樣有關(guān)，試件沒有代表性。

2.4 鍛造變形量的影響

由于葉片鍛造工藝進(jìn)行了優(yōu)化，試件工藝也進(jìn)行了調(diào)整：用Φ17mm的棒料車外圓至Φ15mm進(jìn)行下料；隨爐加熱；進(jìn)行一次頂鍛：從Φ15mm壓至11mm厚，變形量26.7%，不再進(jìn)行二次頂鍛和終鍛。

復(fù)查原工藝，試件從Φ20mm壓至11mm，變形量45%，很少有性能不合格的（2008年有2爐批）。將試驗件變形量由26.7%提高到46.7%，即將試驗件的壓扁厚度由11mm調(diào)整為8mm。投產(chǎn)11爐，性能全部合格。說明鍛造的變形量對屈服性能影響較大。

2.5 組織與性能對應(yīng)關(guān)系

選取不同屈服性能指標(biāo)（合格與不合格）的試件（見表）進(jìn)行組織對比觀察，摸索晶粒度和析出相與性能的對應(yīng)關(guān)系。

圖1為試樣心部的試樣A和C金相組織，可以看出屈服強(qiáng)度差別較大的A和C晶粒度差別卻不大，這說明晶粒度與屈服性能沒有明顯對應(yīng)關(guān)系。

3 分析與討論

資料表明：GH2132合金在正常熱處理狀態(tài)下，除奧氏體基體外，析出相主要為第二相強(qiáng)化作用的γ′相，呈圓球狀顆粒，直徑約100～200，均勻細(xì)散的分布于γ基體中。如何獲得盡可能多的γ′相數(shù)量，應(yīng)在以下幾方面控制：

a）合金的熱處理；

b）工藝性能試驗件的變形程度；

對比四組高倍試樣的大變形區(qū)宏觀狀態(tài)發(fā)現(xiàn)：Φ15mm壓至11mm厚的試樣，大變形區(qū)所占比例實際很小，且呈明顯的十字交叉狀態(tài)，而Φ15mm壓至8mm厚的試樣，其大變形區(qū)所占比例明顯加大，且與小變形區(qū)無明顯分界，尤其是不空燒的1組已經(jīng)形成完整的細(xì)晶區(qū)。這說明，加大試驗件變形程度明顯改善組織均勻性，有利于提高試驗件的性能。

c）取樣位置對性能的影響

結(jié)語

從試驗結(jié)果來看，屈服性能不合格是由原材料、熱處理、鍛造變形量、試件的代表性等綜合因素共同作用結(jié)果。從組織與性能對應(yīng)關(guān)系得知，屈服強(qiáng)度與合金中的γ′相有關(guān)。

[1]《中國航空材料手冊》編輯委員會.中國航空材料手冊——第二卷：變形高溫合金鑄造高溫合金[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[2]蔡玉林，鄭運榮.高溫合金的金相研究[M].北京：國防工業(yè)出版社，1986.

[3]北京鋼鐵學(xué)院高溫合金教研室.GH132合金[M].北京：國防工業(yè)出版社，1980.

[4]曹乃光.金屬塑性加工原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1983.