GH2132屈服强度不合格分析与研究

2013-11-16张银东李继超

中国新技术新产品 2013年19期

刘晶张银东李继超

（沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁沈阳 110043）

GH2132合金是一种以15Cr-25Ni-Fe为基，加入Mo、Ti、Al、V及微量B综合强化、以金属间化合物γ′相[Ni3（Ti，Al）]型强化的变形高温合金。由于该合金在650℃以下具有高屈服强度和持久、蠕变强度，并且具有较好的加工塑性和满意的焊接性能，适于制作650℃以下长期工作的航空发动机高温承力部件，如涡轮盘、压力机盘、转子叶片和紧固件等，是一种在不太高的温度下使用的多用途高温合金。

1 问题描述

首次采用某钢厂提供的优质GH2132合金Φ17棒材批量锻造生产叶片，使用2个熔炼炉号的棒料，共计19个锻造批，有4个批次屈服强度不合格（熔炼炉代号分别为A38、A45、A39、A51）。

第二次采用优化后的叶片锻造工艺和改进后的试件成型工艺生产了5批叶片及试件，其中A89、A97、A98三炉试件屈服强度不合格，该5批锻件均采用某钢厂产Φ20规格的09242200290熔炼炉棒材进行投产。

第三次GH2132叶片4个熔炼炉又出现 9批（C69、C71、C88、D15、D16、D17、D18、D19、D38）屈服性能不合格。

共投产的121批中出现过三次共计16个锻造批屈服性能不合格。

2 试验与分析

从三次性能不合格的结果来看，只是屈服强度Rp0.2在625MPa-680MPa之间，低于锻件标准要求的690Mpa，而抗拉强度Rm都是合格的。这说明试件的组织与合格的组织差异不大，也就是说不会析出有害相，如果析出了有害相，抗拉强度也会不合格了。

2.1 原材料的影响

图1 金相组织

1 6个锻造批次屈服性能不合格，分属于11个熔炼炉的棒料中，与原材料没有直接对应关系。将不合格的A51批棒材的剩余料头再次复验，并与同一熔炼炉批的原材料入厂复验对比，各项性能指标全部合格。

复查原材料入厂复验数据，屈服性能范围在690Mpa-880Mpa，原材料的性能虽然合格，但分散性较大，同一炉的棒材屈服性能差820Mpa-690Mpa=130Mpa。原材料是合格的，经锻造、热处理后不合格，说明原材料不是主要原因，但刚合格的性能指标对后续的性能可能会产生影响。

2.2 热处理的影响

叶片采用优质GH2132合金棒料，锻后热处理制度为900℃下保温1～2h油淬+705℃×16h空冷+650℃×16h空冷。为了验证热处理的影响，将A51炉的2件试验件进行了重复热处理并测试力学性能，其研究与第一次热处理后性能相当。

另取C71炉2件试件进行重复热处理及检测工作，检测结果与首次检测结果如表1，可以看出重复热处理后性能有小幅度提高。说明热处理可能提高个别试件的性能，对屈服强度有一定影响。

表1 两次送检结果对照表

2.3 取样的影响

在不合格的A38、A39、A45、A51四炉叶片的本体取样，测试性能，结果全部合格。说明屈服性能不合格与取样有关，试件没有代表性。

2.4 锻造变形量的影响

由于叶片锻造工艺进行了优化，试件工艺也进行了调整：用Φ17mm的棒料车外圆至Φ15mm进行下料；随炉加热；进行一次顶锻：从Φ15mm压至11mm厚，变形量26.7%，不再进行二次顶锻和终锻。

复查原工艺，试件从Φ20mm压至11mm，变形量45%，很少有性能不合格的（2008年有2炉批）。将试验件变形量由26.7%提高到46.7%，即将试验件的压扁厚度由11mm调整为8mm。投产11炉，性能全部合格。说明锻造的变形量对屈服性能影响较大。

2.5 组织与性能对应关系

选取不同屈服性能指标（合格与不合格）的试件（见表）进行组织对比观察，摸索晶粒度和析出相与性能的对应关系。

图1为试样心部的试样A和C金相组织，可以看出屈服强度差别较大的A和C晶粒度差别却不大，这说明晶粒度与屈服性能没有明显对应关系。

3 分析与讨论

资料表明：GH2132合金在正常热处理状态下，除奥氏体基体外，析出相主要为第二相强化作用的γ′相，呈圆球状颗粒，直径约100～200，均匀细散的分布于γ基体中。如何获得尽可能多的γ′相数量，应在以下几方面控制：

a）合金的热处理；

b）工艺性能试验件的变形程度；

对比四组高倍试样的大变形区宏观状态发现：Φ15mm压至11mm厚的试样，大变形区所占比例实际很小，且呈明显的十字交叉状态，而Φ15mm压至8mm厚的试样，其大变形区所占比例明显加大，且与小变形区无明显分界，尤其是不空烧的1组已经形成完整的细晶区。这说明，加大试验件变形程度明显改善组织均匀性，有利于提高试验件的性能。

c）取样位置对性能的影响