DZ40M高溫合金的再結(jié)晶及其對(duì)合金力學(xué)性能的影響.pdf

1、DZ40M合金是一種定向凝固鈷基高溫合金，適用于工作溫度在1050 oC以下的導(dǎo)向葉片。本文研究了DZ40M合金的再結(jié)晶組織，及其對(duì)合金力學(xué)性能的影響。內(nèi)容主要包括：DZ40M的再結(jié)晶行為研究、再結(jié)晶對(duì)合金高溫拉伸性能的影響、再結(jié)晶對(duì)持久性能的影響以及再結(jié)晶樣品的熱疲勞行為。 經(jīng)過布氏硬度計(jì)1500 kg載荷壓痕變形之后的DZ40M合金，在1040 oC/90 min熱處理時(shí)，首先在枝晶軸出現(xiàn)再結(jié)晶晶粒。1150 oC以后，壓

2、痕底部的再結(jié)晶開始隨著退火溫度的增加不斷長(zhǎng)大。二次析出的M23C6伴隨著晶粒的長(zhǎng)大而在晶界處溶解，其中尺寸較大的阻礙晶粒長(zhǎng)大。壓痕變形區(qū)域在1200 oC時(shí)完全再結(jié)晶。退火溫度較低時(shí)，由于晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力不足，受阻礙的大角度晶界以生成孿晶的方式生長(zhǎng)；再結(jié)晶晶粒中的孿晶數(shù)量隨溫度升高而逐漸減少。M7C3在1280oC時(shí)溶解速度加快，并在冷卻過程中沿再結(jié)晶晶界重新析出。在1040 oC至1280 oC的試驗(yàn)范圍內(nèi)，最大再結(jié)晶深度與壓痕載荷以

3、及退火溫度成正比。 再結(jié)晶對(duì)DZ40M合金高溫拉伸強(qiáng)度影響較小，對(duì)于1250 oC退火后的拉伸試樣，在900 oC時(shí)，隨著再結(jié)晶深度增加，樣品的延伸率下降。實(shí)驗(yàn)中含有再結(jié)晶的試樣均未在再結(jié)晶位置發(fā)生斷裂，而且都發(fā)生不均勻變形。除斷口以外，在合金基體出現(xiàn)了第二個(gè)頸縮位置，再結(jié)晶區(qū)域變形較小。在高溫拉伸過程中，再結(jié)晶內(nèi)部和晶界上析出M23C6型碳化物，抑制晶粒變形和晶界滑移，再結(jié)晶區(qū)域難以協(xié)調(diào)變形。 在750 oC /3

4、30MPa、900 oC /130MPa 和980 oC /83MPa的持久實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過1280 oC退火的樣品容易在再結(jié)晶區(qū)域發(fā)生斷裂，壽命明顯低于具有相同退火組織而無再結(jié)晶的持久試樣。退火處理的溫度越低，再結(jié)晶晶粒之間的結(jié)合力越大。在650 oC /460MPa條件下，合金內(nèi)部的碳化物優(yōu)先開裂，1280 oC退火后在晶界上出現(xiàn)的條帶狀M7C3不僅容易萌生裂紋，也有利于裂紋擴(kuò)展。在900oC/130MPa時(shí)，再結(jié)晶區(qū)域與基體的界面開裂

5、嚴(yán)重。當(dāng)裂紋的擴(kuò)展方向與應(yīng)力軸方向平行或者角度很小的時(shí)候，裂紋尖端應(yīng)力值降低，擴(kuò)展受阻，再結(jié)晶晶界上的初生碳化物和二次析出的M23C6抑制裂紋的長(zhǎng)大。 最高循環(huán)溫度為1000 oC 時(shí)，對(duì)于“V”型缺口平行和垂直于定向凝固方向的熱疲勞樣品，再結(jié)晶對(duì)它們性能的影響不同，在相同循環(huán)周次下，前者裂紋長(zhǎng)度高于后者。缺口平行于凝固方向的縱向樣品，裂紋容易沿枝晶間規(guī)則排列的初生碳化物擴(kuò)展，再結(jié)晶對(duì)其性能影響不明顯。在橫向樣品中，再結(jié)晶晶界