冷變形對(duì)IN783在β時(shí)效過程中組織和性能的影響

邊洪巖，胡林榮，陳 鵬，周 雨

(貴州黎陽國際制造有限公司，貴州 安順 561102)

隨著當(dāng)代航空領(lǐng)域的不斷發(fā)展，與此同時(shí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能要求不斷提高，所以要大力發(fā)展高水平的高溫合金來滿足航空業(yè)發(fā)展的需求[1-2]。IN783合金是Fe-Ni-Co基奧氏體高溫、低膨脹型合金，是目前民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣類件的重要材料。該合金中添加Cr、Al等合金元素，能提高IN783合金的抗氧化性、抗裂紋擴(kuò)展性[1，3]。為了研究冷變形對(duì)IN783合金在時(shí)效處理的作用，開展了β處理對(duì)IN783合金組織與性能的影響研究。目前IN783合金研究領(lǐng)域還不是很廣泛，本文重點(diǎn)考察了IN783合金在不同的冷變形下在β時(shí)效處理的組織和力學(xué)性能的影響，為后續(xù)研究IN783合金創(chuàng)造便利的條件。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料制造

實(shí)驗(yàn)用料為Φ150×100 mm的進(jìn)口的IN783合金棒材，IN783合金的化學(xué)成分見表1，該棒材經(jīng)過1140 ℃按尺寸□90×L mm一火次改鍛成形，然后空冷。

改鍛后的方料進(jìn)行固溶處理：1100 ℃保溫60 min，空冷。其固溶后顯微組織見圖1。改鍛后的IN783合金已全部再結(jié)晶，其晶粒均勻，并伴有少許改鍛后的孿晶組織，晶粒度為ASTM 6-7級(jí)。利用線切割機(jī)沿方料的縱向切取Φ10×10 mm的式樣若干。

表1 IN783合金的化學(xué)成分

圖1 IN783固溶的顯微組織(200×)

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

將所切試樣全周面的打磨、拋光，見光即可。在試樣預(yù)壓縮端面涂抹石墨潤滑劑，利用電子拉伸試驗(yàn)機(jī)將2#～4#試樣按表2的要求進(jìn)行冷壓縮，壓縮速率為0.5 mm/min。所有試樣按表2的β時(shí)效工藝進(jìn)行時(shí)效。時(shí)效后利用掃描電鏡觀察試樣的顯微組織的變化情況，利用顯微硬度機(jī)檢測硬度變化的規(guī)律情況。

表2 試驗(yàn)方法

2 結(jié)果與分析

2.1 不同冷變形量對(duì)β相析出的影響

若在合金達(dá)到塑性變形的情況下，一定會(huì)在合金基體內(nèi)產(chǎn)生不等量的位錯(cuò)滑移帶。查閱文獻(xiàn)得知：843 ℃是IN783合金β相的析出的峰值[4]，所以不同的變形量IN783合金在843 ℃時(shí)效溫度下對(duì)β相含量的影響非常顯著。圖1和圖2可知，β相大部分都在晶界處析出比較明顯，并且尺寸細(xì)小呈顆粒狀，晶內(nèi)數(shù)量較少呈針狀析出，伴隨著有冷變形進(jìn)行時(shí)效，如圖2在晶界和晶內(nèi)析出數(shù)量增大，圖3和圖4可看到β相開始在晶內(nèi)大量析出，并開始長大呈細(xì)針狀，這時(shí)大量的位錯(cuò)滑移帶起到了絕對(duì)作用，時(shí)效時(shí)位錯(cuò)集聚了大量能量待β相析出?？梢钥闯鲎冃瘟吭酱螅龀鰯?shù)量越多，析出β相的尺寸也越大。金屬材料在時(shí)效過程中，析出相總是依附晶界和位錯(cuò)最先析出，因?yàn)檫@兩個(gè)地方是能量的聚集地。

圖2 IN783在β時(shí)效后的顯微組織

2.2 不同冷變形量對(duì)性能的影響

將試樣進(jìn)行 845 ℃時(shí)效的IN783合金的變形量在0到15%，顯微硬度從HV=292～328變化，從曲線中看出，經(jīng)過冷變形的試樣，整體比未經(jīng)過冷變形的硬度偏高。

由圖3可知，隨著變形量的增加，材料基體的顯微硬度有所增加，這是由于隨著變形量的增加，材料基體內(nèi)部產(chǎn)生一定量的滑移帶，起到形變強(qiáng)化的效果，變形量越大，顯微硬度也越高，但是隨著變形量的不斷增加，硬度在3#樣和4#樣之間增大趨勢減少，這可以發(fā)現(xiàn)β相析出相的增加很大幅度上不能使基體材料硬度增高，所以可以確定β相并不是該材料的主要強(qiáng)化相。

圖3 顯微硬度變化曲線

3 結(jié)論

1)隨著冷變形量的增加，IN783在β時(shí)效后β相析出的含量從緩慢到大量增加，起初冷變形量在0～5%時(shí)，β相大部分都在晶界處析出比較明顯，并且尺寸細(xì)小呈顆粒狀，冷變形量在10%～15%時(shí)，β相開始在晶內(nèi)大量析出，并開始呈細(xì)針狀長大；

2)IN783合金伴隨著β相的增多，表面的顯微硬度也稍微有增大，但是幅度不大；同時(shí)在同等差值的變形量增加，這種位錯(cuò)強(qiáng)化效果也不斷增強(qiáng)。