陈佳语等：GH720Li合金长期时效过程中Y相演变规律 *1611 理对y相及性能影响方面的报道，3刀，但国内关于 效处理 GH720Li合金长期时效后y相演变的详细研究甚 表1GH720Li合金化学成分（质量分数） 少.了解长期时效过程中y相演变的规律，有助于 Table 1 Chemical composition of GH720Li superalloy 研究GH720Li合金在使用过程中的组织稳定性 B Cr Co Mo W Ti Al Ni GH720Li主要是在750℃以下长期使用以及900℃的 0.0180.01516.0114.93.001.285.152.64余量 短期使用.本文主要研究GH720Li合金标准热处理试 样中Y相在720和800℃长期时效过程中的演化规 时效处理后的样品经机械磨光抛光后，用质量分 律，着重讨论二次γ相的粗化动力学，并分析长期时 数为20%H,S0,+80%CH,0H溶液对试样进行电解 效对合金硬度的影响.GH720Li合金主要应用于航空 抛光，电压为25~30V,时间为5s左右：然后用150mL 发动机盘件且在最高温度可达730℃的温度下服 HP0,+10mLH,S04+15gC03溶液电解侵蚀，电压5 役0.本文选择研究y相在720℃和800℃长期时效 V,时间为3s左右.合金中y相通过场发射扫描电子 过程中的演化规律以验证该合金在可能飞机发动机盘 显微镜观察，并利用ImageTool对二次y相尺寸分布进 件的高服役温度(720℃)条件下合金的组织稳定性和 行统计分析.此外，在XHB-3000布氏硬度仪上对样 高于长期服役温度(800℃)下使用可靠性，为该合金 品进行硬度测量 在不同温度下的服役提供更多的实验数据基础. 2实验结果 1实验材料及方法 2.1原始锻态与标准热处理组织 实验用GH4720Li合金锻态棒材经真空感应+真 图1为GH720Li原始合金锻态组织.合金中的y' 空自耗(VIM+VAR)的双联工艺治炼后热加工获得， 相呈现大小三种尺寸分布：大部分一次Y相分布在晶 其化学成分如表1所示.在高温箱式电阻炉中对锻态 界处，呈现不规则块状，尺寸在1~2μm之间：晶内分 棒材进行标准热处理：1105℃，4h→油冷+650℃， 布着二次y相，呈现蝶形与方形，尺寸约为250nm;晶 24h→空冷+760℃，16h→空冷.之后把棒材线切割 内在一次y相周围和二次y相之间，弥散分布着球形 加工成10mm×10mm×10mm的方样，在等温炉中分 的三次y相，其尺寸小于90nm 别进行720℃，30、100、200、500、1000、2000、3000、4000 图2所示为GH720Li合金经标准热处理后显微组 和5000h以及800℃，30、100、200、500和1000h的时 织.其中，一次Y相数量与体积基本无变化，形状变得 2四 图1初始锻态GH720Li合金Y相微观组织形貌(a)及其局部放大图(b) Fig.1 Microstructure of the y'phase in the as-forged GH720Li sample (a)and partial magnification (b) 200wm 图2GH720Li合金标准热处理组织场发射电镜照片.(a)一次y相形貌：(b)二次Y相形貌 Fig.2 FE-SEM micrographs of GH720Li alloy after standard heat treatment:(a)primary yphase:(b)secondary Yphase陈佳语等: GH720Li 合金长期时效过程中 γ'相演变规律 理对 γ'相及性能影响方面的报道［1，3--7］，但国内关于 GH720Li 合金 长 期 时 效 后 γ' 相演变的详细研究甚 少［8--9］． 了解长期时效过程中 γ'相演变的规律，有助于 研究 GH720Li 合 金 在 使 用 过 程 中 的 组 织 稳 定 性． GH720Li 主要是在 750 ℃ 以下长期使用以及 900 ℃ 的 短期使用． 本文主要研究 GH720Li 合金标准热处理试 样中 γ'相在 720 和 800 ℃ 长期时效过程中的演化规 律，着重讨论二次 γ'相的粗化动力学，并分析长期时 效对合金硬度的影响． GH720Li 合金主要应用于航空 发动机 盘 件 且 在 最 高 温 度 可 达 730 ℃ 的 温 度 下 服 役［10］． 本文选择研究 γ'相在 720 ℃和 800 ℃长期时效 过程中的演化规律以验证该合金在可能飞机发动机盘 件的高服役温度( 720 ℃ ) 条件下合金的组织稳定性和 高于长期服役温度( 800 ℃ ) 下使用可靠性，为该合金 在不同温度下的服役提供更多的实验数据基础． 1 实验材料及方法 实验用 GH4720Li 合金锻态棒材经真空感应 + 真 空自耗( VIM + VAＲ) 的双联工艺冶炼后热加工获得， 其化学成分如表 1 所示． 在高温箱式电阻炉中对锻态 棒材进行标准热处理: 1105 ℃，4 h→油冷 + 650 ℃， 24 h→空冷 + 760 ℃，16 h→空冷． 之后把棒材线切割 加工成 10 mm × 10 mm × 10 mm 的方样，在等温炉中分 别进行 720 ℃，30、100、200、500、1000、2000、3000、4000 和 5000 h 以及 800 ℃，30、100、200、500 和 1000 h 的时 效处理． 表 1 GH720Li 合金化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of GH720Li superalloy % C B Cr Co Mo W Ti Al Ni 0. 018 0. 015 16. 01 14. 9 3. 00 1. 28 5. 15 2. 64 余量 时效处理后的样品经机械磨光抛光后，用质量分 数为 20% H2 SO4 + 80% CH3OH 溶液对试样进行电解 抛光，电压为 25 ～ 30 V，时间为 5 s 左右; 然后用 150 mL H3PO4 + 10 mL H2 SO4 + 15 g CrO3溶液电解侵蚀，电压 5 V，时间为 3 s 左右． 合金中 γ'相通过场发射扫描电子 显微镜观察，并利用 ImageTool 对二次 γ'相尺寸分布进 行统计分析． 此外，在 XHB--3000 布氏硬度仪上对样 品进行硬度测量． 2 实验结果 2. 1 原始锻态与标准热处理组织 图 1 为 GH720Li 原始合金锻态组织． 合金中的 γ' 相呈现大小三种尺寸分布: 大部分一次 γ'相分布在晶 界处，呈现不规则块状，尺寸在 1 ～ 2 μm 之间; 晶内分 布着二次 γ'相，呈现蝶形与方形，尺寸约为 250 nm; 晶 内在一次 γ'相周围和二次 γ'相之间，弥散分布着球形 的三次 γ'相，其尺寸小于 90 nm． 图 2 所示为 GH720Li 合金经标准热处理后显微组 织． 其中，一次 γ'相数量与体积基本无变化，形状变得 图 1 初始锻态 GH720Li 合金 γ'相微观组织形貌( a) 及其局部放大图( b) Fig． 1 Microstructure of the γ' phase in the as-forged GH720Li sample ( a) and partial magnification ( b) 图 2 GH720Li 合金标准热处理组织场发射电镜照片． ( a) 一次 γ'相形貌; ( b) 二次 γ'相形貌 Fig． 2 FE--SEM micrographs of GH720Li alloy after standard heat treatment: ( a) primary γ' phase; ( b) secondary γ' phase · 1161 ·