GH141 锻件典型折叠缺陷分析

文／刘婧雯·中航金属材料理化检测科技有限公司

GH141 是沉淀硬化型镍基高温合金，具有高的拉伸和持久蠕变强度。但GH141 材料在锻造过程中，易在锻件外缘处产生锻造折叠现象。锻造折叠属于一种高温氧化缺陷，在机加工过程中，由于锻造折叠较深以及加工量较小等原因，易在机加工后零件表面发现多处裂纹，该种裂纹缺陷易与其他缺陷相混淆，故本文通过宏观分析、金相检验、扫描电镜分析及能谱分析等方法，对GH141 高温氧化及锻造折叠缺陷进行研究和统计分析，总结其缺陷特征。

试验过程

宏观分析

人为制造具有锻造折叠缺陷的试样及高温氧化试样，锻造温度1170℃，空冷。其宏观形貌如图1(a)、图1(b)所示。

图1 低倍组织图(宏观形貌)

高倍

⑴抛光态。

折叠试块经过磨制→抛光后，高倍金相组织如图2 所示。

图2 抛光态组织

由抛光态组织图可知，折叠缺陷周围碳化物分布均匀。缺陷四周存在黑色短棒状物质，厚度约为20μm，均匀分布在折叠缺陷两侧。

⑵腐蚀态。

折叠试块经过磨制→抛光→腐蚀(CuCl2+HCl+无水乙醇=5g:100ml:100ml)后，其金相组织如图3所示。

图3 腐蚀态组织

由腐蚀态组织图可见，折叠缺陷四周均匀分布着短棒状物质。折叠试样周围晶粒度大小与正常基体无明显差异。

能谱结果

分别对折叠缺陷周围的短棒状物质及高温氧化试样表面进行能谱试验分析，其结果如下：折叠试样扫描电镜图片如图4 所示，其能谱结果见表1；表面氧化试样扫描电镜图片如图5 所示，其能谱结果见表2。

表1 折叠试样能谱结果(质量分数，%)

表2 表面氧化试样能谱结果(质量分数，%)

图4 折叠试样扫描电镜图片

图5 表面氧化试样扫描电镜图片

由本结果可知，折叠试样缺陷周围的短棒状物质，其Al、Ti、O 元素含量高于正常基体。Cr、Mo、Co元素低于正常基体。

表面氧化试样选取两个相聚较远的区域，其能谱结果如表2 所示。由本结果可知，表面氧化试样其表面Ti、Cr、O 元素高于正常基体，Co、Ni、Mo 元素低于正常基体。

分析与讨论

由锻造折叠试样的显微组织可见，其缺陷周围有大量黑色短棒状物质存在，该物质主要为高温氧化产物，经过能谱分析可知，GH141 经过高温氧化后，由于Cr 元素易与O 元素发生反应，其表面经过高温氧化后生成的物质，主要为Cr2O3及Al2O3的混合层，而经过高温氧化后，其内层主要由Al2O3及少量Ti 的氧化物构成，这些氧化物的存在有可能增加氧化膜与基体的附着性。

结论

由上述试验可知，GH141 经过高温氧化后，其表面会形成一层氧化层，氧化层主要分为两层：外氧化层主要为Cr2O3及Al2O3的混合层，内氧化层主要为Al2O3及少量Ti 的氧化物构成。