D0I:10.13374.issn1001-053x.2011.12.011 第33卷第12期 北京科技大学学报 Vol.33 No.12 2011年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2011 GH864合金组织特征对裂纹扩展速率的影响 姚志浩✉ 董建新张麦仓 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 区通信作者，E-mail:zhihao-yao@163.com 摘要利用光学显微镜、场发射扫描电镜等手段，研究了GH864合金三种轧制态组织经热处理后的演变过程，分析了热处 理后不同组织对室温冲击韧性及高温650℃裂纹扩展速率的影响.结果表明，GH864合金由初始轧制态组织经标准热处理后 (1020℃，4h/空冷→845℃，4h/空冷→760℃，16h/空冷)获得的晶粒组织，其晶粒组织演变具有明显的一致性，而合金的晶界 碳化物分布及基体y强化相没有明显差别，其分布状态及尺寸大小基本一致.热处理后的晶粒尺寸越大，抗裂纹扩展能力越 好，合金的室温冲击韧性越低：热处理后形成的项链状组织，对合金冲击韧性及裂纹扩展速率有较好的影响. 关键词高温合金；镍基合金：组织转变：析出相：裂纹扩展 分类号TG132.32 Effect of microstructure characteristics on the fatigue crack propagation rate of GH864 alloy YA0 Zhi-hao☒，DONG Jian--in,ZHANG Mai-eang School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:Zhihao-yao@163.com ABSTRACT The evolution of three different initial microstructures of GH864 alloy after heat treatment was studied by optical micros- copy (OM)and field emission scanning electron microscopy (FESEM).The impact toughness at room temperature and crack propaga- tion rate at 650 C were analyzed after heat treatment.The results indicate that the grain microstructural evolution of GH864 alloy is he- reditary between initial forging state and heat treatment state after I020℃，4h/air cooling+84s℃，4h/air cooling→760℃，l6h/air cooling,while carbides in grain boundaries and y'phases are not significantly different.The larger the grain size,the better crack propagation behavior the alloy has,and the worse the impact toughness is.It is highlighting that the necklace microstructure has a bet- ter effect to improve the impact toughness and crack propagation behavior of GH864 alloy. KEY WORDS superalloys:nickel base alloys:microstructural evolution:precipitates:crack propagation GH864合金是中国在美国Waspaloy合金基础 看，材料的蠕变疲劳是造成工程材料失效的主要原 上研制的镍基高温合金.该合金具有良好的强韧化 因；其次，运行部件的疲劳寿命取决于裂纹的起始和 匹配，在760℃以下具有高的拉伸和持久强度，在 扩展行为.所以，GH864合金部件的寿命预测及损 870℃以下具有良好的抗氧化性能，目前广泛装备 伤评估，必须关注材料的裂纹扩展特征及其塑性 于航空航天、石油化工等领域的设备上以及各种热 特点. 端部件.大量装备于石油炼化行业的烟气轮机 目前，在涡轮盘及叶片锻造过程中，较为困难的 涡轮盘及叶片上的GH864合金，经受了运行考验， 是如何使合金强度和韧性达到最佳匹配，即如何匹 获得了较好的使用效果因.由于涡轮盘及叶片运行 配好合金组织内粗细晶粒的各种关系.一般大晶粒 环境处于高温高应力状态，所以其疲劳蠕变性能及 限制晶界的高温滑移，从而有利于合金的蠕变性能； 合金塑性越来越受到重视.从以往失效分析的结果 而小晶粒对提高合金强度则更为有利，可以获得较 收稿日期：20110403 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51071017)第 33 卷 第 12 期 2011 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 12 Dec． 2011 GH864 合金组织特征对裂纹扩展速率的影响 姚志浩 董建新 张麦仓 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: zhihao-yao@ 163． com 摘 要 利用光学显微镜、场发射扫描电镜等手段，研究了 GH864 合金三种轧制态组织经热处理后的演变过程，分析了热处 理后不同组织对室温冲击韧性及高温 650 ℃裂纹扩展速率的影响． 结果表明，GH864 合金由初始轧制态组织经标准热处理后 ( 1 020 ℃，4 h /空冷→845 ℃，4 h /空冷→760 ℃，16 h /空冷) 获得的晶粒组织，其晶粒组织演变具有明显的一致性，而合金的晶界 碳化物分布及基体 γ'强化相没有明显差别，其分布状态及尺寸大小基本一致． 热处理后的晶粒尺寸越大，抗裂纹扩展能力越 好，合金的室温冲击韧性越低; 热处理后形成的项链状组织，对合金冲击韧性及裂纹扩展速率有较好的影响． 关键词 高温合金; 镍基合金; 组织转变; 析出相; 裂纹扩展 分类号 TG132. 3 + 2 Effect of microstructure characteristics on the fatigue crack propagation rate of GH864 alloy YAO Zhi-hao ，DONG Jian-xin，ZHANG Mai-cang School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: Zhihao-yao@ 163． com ABSTRACT The evolution of three different initial microstructures of GH864 alloy after heat treatment was studied by optical micros￾copy ( OM) and field emission scanning electron microscopy ( FESEM) ． The impact toughness at room temperature and crack propaga￾tion rate at 650 ℃ were analyzed after heat treatment． The results indicate that the grain microstructural evolution of GH864 alloy is he￾reditary between initial forging state and heat treatment state after 1 020 ℃，4 h /air cooling→845 ℃，4 h /air cooling→760 ℃，16 h /air cooling，while carbides in grain boundaries and γ' phases are not significantly different． The larger the grain size，the better crack propagation behavior the alloy has，and the worse the impact toughness is． It is highlighting that the necklace microstructure has a bet￾ter effect to improve the impact toughness and crack propagation behavior of GH864 alloy． KEY WORDS superalloys; nickel base alloys; microstructural evolution; precipitates; crack propagation 收稿日期: 2011--04--03 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51071017) GH864 合金是中国在美国 Waspaloy 合金基础 上研制的镍基高温合金． 该合金具有良好的强韧化 匹配，在 760 ℃ 以下具有高的拉伸和持久强度，在 870 ℃以下具有良好的抗氧化性能，目前广泛装备 于航空航天、石油化工等领域的设备上以及各种热 端部件［1--5］． 大量装备于石油炼化行业的烟气轮机 涡轮盘及叶片上的 GH864 合金，经受了运行考验， 获得了较好的使用效果［6］． 由于涡轮盘及叶片运行 环境处于高温高应力状态，所以其疲劳蠕变性能及 合金塑性越来越受到重视． 从以往失效分析的结果 看，材料的蠕变疲劳是造成工程材料失效的主要原 因; 其次，运行部件的疲劳寿命取决于裂纹的起始和 扩展行为． 所以，GH864 合金部件的寿命预测及损 伤评估，必须关注材料的裂纹扩展特征及其塑性 特点． 目前，在涡轮盘及叶片锻造过程中，较为困难的 是如何使合金强度和韧性达到最佳匹配，即如何匹 配好合金组织内粗细晶粒的各种关系． 一般大晶粒 限制晶界的高温滑移，从而有利于合金的蠕变性能; 而小晶粒对提高合金强度则更为有利，可以获得较 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.011