GH2132是我國(guó)試制的鐵基沉淀硬化高溫合金，相當(dāng)于美國(guó)A286高溫合金。該材料是在650℃下制備的它具有高的屈服強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，并具有良好的加工塑性和滿意的焊接性能。這種合金在中國(guó)已經(jīng)用于航空?？蓮V泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，適合于650℃以下的生產(chǎn)工作的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫承載部件，如渦輪盤(pán)、壓氣機(jī)等圓盤(pán)、轉(zhuǎn)子葉片和高溫緊固件等。

GH2132合金航空發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓技術(shù)要求①室溫抗拉強(qiáng)度≥900 MPa；②硬度27 ~ 35 HRC③應(yīng)力斷裂試驗(yàn):650℃，加載480 MPa，保溫23 h打破；④粒度≥5，不允許有粗、細(xì)晶帶。但是是的，技術(shù)要求中沒(méi)有提到高溫強(qiáng)度指標(biāo)和疲勞性能指標(biāo)。在長(zhǎng)期的航空GH2132螺栓生產(chǎn)中，該螺栓由GH2132制造在合金冶煉過(guò)程中，每爐批的成分含量都有波動(dòng)，雜質(zhì)的元素偏析、數(shù)量、類(lèi)型、尺寸、形狀和熱變形和其他因素。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)熱處理系統(tǒng)進(jìn)行熱處理后，晶體和耐久性不能同時(shí)滿足技術(shù)要求的問(wèn)題非常認(rèn)真。

所有高溫合金都是以γ奧氏體為基體，從室溫到高溫。具有面心立方結(jié)構(gòu)。因此，在高溫合金的熱處理過(guò)程中，該相的再結(jié)晶不能細(xì)化晶粒。隨著溶液溫度的升高 以及高保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大趨勢(shì)更加明顯。晶粒度和熱處理工藝通常在標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度中規(guī)定。在范圍內(nèi)，選擇較低的固溶保溫溫度和較短的固溶保溫時(shí)間，但是GH2132合金在根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)老化系統(tǒng)老化后的耐久性能不好保證。所以在目標(biāo)之前，高溫合金的冶煉水是國(guó)產(chǎn)的。接下來(lái)，我想同時(shí)保證GH2132航空發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓產(chǎn)品粒度和耐久性只能在老化系統(tǒng)上調(diào)整。及格研究了不同時(shí)效制度對(duì)GH2132航空發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓性能的影響，為了使GH2132航空發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓具有良好的耐久性最佳處方系統(tǒng)。

試驗(yàn)材料 本試驗(yàn)的原材料為真空感應(yīng)和真空自耗電極重熔我公司生產(chǎn)的GH2132國(guó)產(chǎn)高溫合金規(guī)格為5。冷拉狀態(tài)下3mm巴錄書(shū)合金的化學(xué)成分如表1所示，符合GJB 2611—1996航空用冷拉高溫合金棒材規(guī)范的規(guī)定。

上海飛釩特鋼集團(tuán)有限公司

試樣尺寸 常溫拉伸、高溫拉伸、耐久和疲勞樣品使用螺紋量規(guī)187-32UNS-3A 12點(diǎn)螺栓，硬度和金相檢驗(yàn)樣本量為5。3毫米×12毫米。螺栓頭是熱鐓的類(lèi)型，示例結(jié)構(gòu)如圖1所示。

測(cè)試方法和設(shè)備 為了與實(shí)際生產(chǎn)條件一致，對(duì)力學(xué)性能樣品進(jìn)行了統(tǒng)一。采用熱鐓粗。然后在同一爐中于980℃ ×1 h進(jìn)行固溶處理，根據(jù)不同的陳化制度進(jìn)行陳化，最后統(tǒng)一搓絲后進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試檢測(cè)。每爐掛3片進(jìn)行持久試驗(yàn)，以第一片的斷裂時(shí)間為依據(jù)時(shí)間長(zhǎng)；試驗(yàn)的疲勞載荷為抗拉強(qiáng)度的60%，即540 MPa載荷，低載荷按高載荷的10%，即54 MPa進(jìn)行拉-拉疲勞檢測(cè)。試驗(yàn)使用的設(shè)備是WZH WZC-30雙室真空油淬爐45型單室真空回火爐，N-336型六角車(chē)床，J23-63B型熱鐓機(jī)床，CK6432數(shù)控車(chē)床，CM6125普通車(chē)床，H3-5滾輪，PCB-14S-NC數(shù)控?zé)o心磨床，RP24-E-CNC進(jìn)口滾壓機(jī)，HR150-A洛氏硬度計(jì)，CMT5105常溫(高溫)拉力試驗(yàn)機(jī)，R-9200G疲勞試驗(yàn)機(jī)、GWT2015耐久試驗(yàn)機(jī)、ZXQ-5金相試樣自動(dòng)壓片機(jī)，MA2001金相顯微鏡。GH2132合金老化方案如表2所示。

硬度 表3顯示了不同老化系統(tǒng)后的螺栓硬度，表3中的螺栓硬度根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出680℃ × 24 h時(shí)效后螺栓的硬度數(shù)值最高，平均32。3 HRC，這與標(biāo)準(zhǔn)處方系統(tǒng)相比是平均的提高60 ℃× 16 h時(shí)效后，硬度略高于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效制度:650℃ × 24 h時(shí)效后，螺栓硬度，比較平整平均值為28。2 HRC。

室溫拉伸強(qiáng)度 表4顯示了表4中不同老化體系后室溫下的拉伸強(qiáng)度根據(jù)室溫拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，680℃ × 24 h時(shí)效后，室溫與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效體系相比，溫度拉伸值最高，平均值為1256 MPa。平均增幅48 MPa。680℃ × 16小時(shí)老化后的室溫電阻拉伸強(qiáng)度略高于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效制度，在650℃ × 24 h時(shí)效后室溫拉伸強(qiáng)度，平均值為996 MPa。

高溫拉伸強(qiáng)度 表5顯示了不同老化系統(tǒng)后螺栓的高溫拉伸強(qiáng)度，包括表5高溫拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，680℃ × 24 h時(shí)效后與標(biāo)準(zhǔn)相比，高溫后拉伸值最高，平均值為1000 MPa。 效率系統(tǒng)平均提高37 MPa。680℃ × 16 h時(shí)效后，具有較高的溫?zé)崂鞆?qiáng)度略高于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效制度。650℃ ×24小時(shí)后高溫后的抗拉強(qiáng)度，平均值為793 MPa。

耐久性能 表6顯示了不同老化系統(tǒng)后螺栓的耐久數(shù)據(jù)，由表6組成根據(jù)耐久試驗(yàn)數(shù)據(jù)，680℃ × 24 h老化后耐久時(shí)間最長(zhǎng)，為27。比標(biāo)準(zhǔn)老化系統(tǒng)高74%。在680℃ × 16小時(shí)老化后持續(xù)時(shí)間略高于標(biāo)準(zhǔn)老化系統(tǒng)650℃時(shí)×24小時(shí)后的持續(xù)時(shí)間，僅為18。五十六個(gè)小時(shí)。

疲勞性 表7顯示了不同老化系統(tǒng)后螺栓的疲勞數(shù)據(jù)，由表7組成根據(jù)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，650℃ × 24 h時(shí)效后的疲勞表現(xiàn)最好，平均118.91萬(wàn)次。680℃ × 24小時(shí)老化后疲勞性能，平均40.44萬(wàn)次。與標(biāo)準(zhǔn)處方系統(tǒng)相比，減少了47。23%，但仍遠(yuǎn)高于6.5萬(wàn)時(shí)代周刊。因此，GH2132螺栓經(jīng)680℃ × 24 h時(shí)效后，可用于制造使用安全可靠。

微觀結(jié)構(gòu) 圖2顯示了不同老化系統(tǒng)后螺栓的微觀結(jié)構(gòu)。你可以看到經(jīng)過(guò)四次時(shí)效制度，晶粒度均為7級(jí)。熱處理工藝決定晶粒尺寸的因素是固溶溫度和固溶保持時(shí)間。因此，為保證晶粒度合格，必須在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的固溶溫度下進(jìn)行當(dāng)在該時(shí)間范圍內(nèi)選擇溶解溫度和最短溶解溫度時(shí)介于。時(shí)效后，GH2132析出相的尺寸為納米尺寸米級(jí)，所以無(wú)法在光學(xué)金相顯微鏡下鑒定其形貌和數(shù)量。

討論和分析 圖3顯示了不同老化系統(tǒng)后螺栓的硬度、強(qiáng)度和耐用性和疲勞壽命。表3 ~表7、圖2、圖3所示結(jié)果表明，與原標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效制度相比，時(shí)效時(shí)間為680 ℃× 24 h。 GH2132航空發(fā)動(dòng)機(jī)后螺栓的硬度、強(qiáng)度和耐久性可以顯著提高。

合金高溫析出強(qiáng)化的機(jī)理[1]析出強(qiáng)化機(jī)有以下四種系統(tǒng):①共格應(yīng)變強(qiáng)化機(jī)制:γ′相是鐵基和鎳基的高溫結(jié)合金的主要強(qiáng)化相，以及許多高溫合金中析出的γ′相和伽馬矩陣是相干的。盡管γ’和γ具有相同的面心立方結(jié)構(gòu)，但兩者晶格常數(shù)不同，會(huì)產(chǎn)生相干應(yīng)變。因此在γ′相的圓周將產(chǎn)生高彈性應(yīng)力場(chǎng)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)對(duì)共格應(yīng)變強(qiáng)化的機(jī)理做了大量的研究。 ②旁路機(jī)制:在高溫合金γ奧氏體基體中熔化分散的沉淀顆粒，當(dāng)這些顆粒比基體堅(jiān)硬時(shí)，其強(qiáng)度高于基體當(dāng)體積較大、顆粒間距較大或與基質(zhì)無(wú)共格關(guān)系時(shí)，它會(huì)移動(dòng)位錯(cuò)不能切割這樣的粒子。你只能繞過(guò)它才能過(guò)去一些障礙，留下大量位錯(cuò)環(huán)強(qiáng)化基體。

③錯(cuò)位切割包括晶粒有序機(jī)制:當(dāng)高溫合金γ基體中析出相的硬度較低時(shí)，強(qiáng)度不高，與基體γ一致，有共同的滑動(dòng)面。和Bertrand矢量之差很小，或者基體中的位錯(cuò)總數(shù)是析出相中位錯(cuò)總數(shù)的一半。位錯(cuò)，運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)以切割γ′相的形式穿過(guò)勢(shì)壘結(jié)果是一致的。

④位錯(cuò)攀移機(jī)制:當(dāng)外加應(yīng)力較低時(shí)，不足以啟動(dòng)位錯(cuò)切割機(jī)制或Orowan當(dāng)繞過(guò)機(jī)制時(shí)，蠕變變形只能借助位錯(cuò)通過(guò)熱激活來(lái)爬升遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)強(qiáng)化粒子。

一般來(lái)說(shuō)，沉淀強(qiáng)化機(jī)制是位錯(cuò)、γ′相和硬化顆粒的相互作用增強(qiáng)了基體。因此，降水增強(qiáng)相數(shù)是高溫合金強(qiáng)化的根本保證，即使高溫合金基體的成分不同，制備工藝包括有些是鑄造的，有些是熱加工變形的，但它們?cè)谑覝叵虑?。?qiáng)度隨著高溫合金中γ′相總量的增加而增加。同樣的，高溫合金的持久強(qiáng)度也隨著γ′相體積分?jǐn)?shù)的增加而增加。一般來(lái)說(shuō)，γ′相的體積分?jǐn)?shù)隨合金中Al+Ti的加入量而變化含量增加。此外，增強(qiáng)相γ′的尺寸和間距在高溫下合金的強(qiáng)度是一個(gè)非常重要的參數(shù)。對(duì)于較低的γ′相內(nèi)容(通常機(jī)制。γ′相尺寸越大，強(qiáng)度越好。合適的尺寸為10 ~ 50納米。對(duì)于奧羅萬(wàn)旁路和爬升機(jī)制希望γ′相的尺寸越小，因?yàn)閷?duì)于相同總量的γ′相，γ′相間距越小，強(qiáng)度越高。和錯(cuò)位切割機(jī)預(yù)計(jì)隨著顆粒的增加，γ′相將更大，強(qiáng)度也將增加。此外，合金中還存在兩種或兩種以上的γ′相，它們向位錯(cuò)移動(dòng)能有效提高合金的強(qiáng)度和高溫耐久性能。

根據(jù)工程材料實(shí)用手冊(cè)和超級(jí)合金材料學(xué)習(xí)簡(jiǎn)介:GH2132是一種高鈦低鋁合金，已通過(guò)原標(biāo)準(zhǔn)。熱處理后，Ni 3 (Ti，Al)型γ′相、TiN和TiC，在晶界處，靠近晶界處有微量的M 3 B 2有少量η相和L相，晶粒尺寸為6 ~ 7。γ′相的溶解分解溫度為830-850℃，初始析出溫度為650℃左右。70 ~ 730℃析出最多。原始標(biāo)準(zhǔn)熱處理后γ′相的數(shù)量約占合金質(zhì)量的2% ~ 3%，直徑約為10 ~ 20 nm。盡管而原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效溫度是時(shí)效析出的GH2132合金的γ′相。與峰值溫度相比，680℃時(shí)效后的γ′相數(shù)量減少。標(biāo)準(zhǔn)老化溫度。然而，在680℃時(shí)效后，γ′相的尺寸析出尺寸越小，分散度越大，對(duì)錯(cuò)位的阻擋作用越強(qiáng)。此外，在680℃時(shí)效后，緩慢冷卻至γ′相開(kāi)始。 當(dāng)沉淀溫度為650℃時(shí)，不同的尺寸會(huì)繼續(xù)沉淀發(fā)散度較高的γ′相不僅增加了γ′相的數(shù)量，而且獲得了各種尺寸的“γ"相，從而產(chǎn)生硬度、強(qiáng)度和耐久性顯著提升。隨著合金強(qiáng)度的增加，合金的塑性降低，導(dǎo)致韌性降低，最終導(dǎo)致疲勞壽命降、低。所以680℃后×24 h時(shí)效后，其硬度、強(qiáng)度和耐久性均高于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效體系。更高，疲勞壽命降低，但用的是GH2132合金我公司生產(chǎn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓產(chǎn)品技術(shù)條件不疲勞能源指標(biāo)要求。

為了評(píng)價(jià)GH2132發(fā)動(dòng)機(jī)在680℃ × 24 h老化后的性能螺栓的使用安全，參考航空發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓產(chǎn)品疲勞壽命≥65000次的性能需要進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，平均疲勞壽命為404400次，遠(yuǎn)高于65000次。所以680℃ ×24 h時(shí)效制度可以保證GH2132航空發(fā)動(dòng)機(jī)的螺栓安全的使用。

提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)用GH2132螺栓產(chǎn)品的強(qiáng)度和耐久性，并保證疲勞性能，老化系統(tǒng)溫度應(yīng)為680 ℃× 24 h。

結(jié)論 1)與GH2132合金原標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效制度相比，為720℃ ×16 h，采用680℃ × 24 h時(shí)效制度，合金性能有較大提高硬度、室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度，并且其斷裂時(shí)間可以增加超過(guò)20%。 2)采用固溶處理工藝參數(shù)，保證晶粒尺寸的前提下，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)GH2132合金的耐久性最佳時(shí)效制度為680℃ × 24 h，緩慢冷卻。GH2132合金在680 ℃× 24 h時(shí)效后的疲勞壽命雖然壽命降低了，但仍高達(dá)40.44萬(wàn)次，遠(yuǎn)高于航空。技術(shù)條件規(guī)定的65000次。因此，使用起來(lái)是安全的。

上海飛釩特鋼集團(tuán)有限公司