粉冶-铸-锻复合结构的塑性变形与微观组织-西北有色金属研究院.PDFVIP

第 46 卷 第 2 期 稀有金属材料与工程 Vol.46, No.2 2017 年 2 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING February 2017 “粉冶-铸-锻”复合结构的塑性变形与微观组织 1 2 2 1 1 1 宁永权 ，袁士翀 ，孙朝远 ，赵张龙 ，姚泽坤 ，郭鸿镇 ( 1. 西北工业大学，陕西 西安 710072) (2. 中国二重万航模锻公司，四川 德阳 618000) 摘 要：本研究选择粉末高温合金为盘缘材料、变形高温合金为盘心材料，采用电子束焊接异种高温合金。电子束焊 接后的焊缝区域不仅具有 2 种母材的结构特征（即粉末高温合金和变形高温合金的结构特征），而且焊缝区存在明显的 铸造组织。2 种高温合金材料电子束焊接后形成了组织特征鲜明的“粉冶-铸-锻” 结构。并重点探讨了“粉冶-铸-锻” 的变 形行为及焊缝的组织演化规律。 关键词：双合金涡轮盘；“粉冶-铸-锻” ；塑性变形；微观结构 中图法分类号：TG 113 文献标识码：A 文章编号：1002- 185X(2017)02-0527-06 航空发动机推重比（推力/重量）往往可以衡量一 与盘缘材料，都必须通过后续的等温变形来改善结合界 个国家的航空工业水平，西方发达国家航空发动机推 面强度。等温变形的实质是在热力交互作用下完成体积 重比达到 12~ 15[1,2] 。涡轮盘作为发动机核心热端部件， 成形。在热力交互作用下不同种类高温合金之间必定发 工作温度通常处于 540~840 ℃，如何优化其结构、提 生元素扩散。连接区作为连接2种材料的纽带，元素扩 高工作温度一直以来都是国内外学者的研究热点。值 散效应会更加明显。因而，连接区的组织演化必将受到 得注意的是，同一级涡轮盘，从盘心到盘缘所处的工 元素扩散的影响。热力交互作用下异种高温合金连接区 作环境存在着非常明显的差异——盘心与轴相连，承 的组织演变机理是必须解决的科学问题。 受着涡轮旋转所产生的非常大的离心拉应力，但工作 1 “粉冶-铸-锻”的结构特征 温度相对较低；而盘缘直接与叶片相连，受到离心拉 应力较小，但与燃气直接接触，工作温度较高。双合 选择粉末高温合金 （FGH4096 ）为盘缘材料、变 金涡轮盘（盘心采用具有良好的拉伸强度和低周疲劳 形高温合金 （GH4133B ）为盘心材料，2 种材料的化 寿命的细晶高温合金、盘缘采用具有较高持久强度的 学成分如表 1。FGH4096 粉末高温合金的母合金采用 粗晶高温合金）能够充分发挥不同合金材料在高、低 真空感应熔炼，等离子旋转电极（PREP ）方法制粉， 温工作条件下的性能优势，从而有效提高发动机的推 粉末直径 50~ 150 μm ，真空脱气、包套后热等静压 重比[3,4] 。由于双合金涡轮盘符合航空发动机的实际工 （HIP ）成形。热等静压态 FGH4096 合金中存在明显 作需要，能够充分发挥两种材料的性能优势，因此受 的原始颗粒边界（PPB ），如图 1a 所示。PPB 主要是 到先进工业国家科技工作者的高度青睐。 热等静压之前粉末颗粒表面被污染，富集 Ti 、Cr 、Al 制造双合金涡轮盘的指导思想是首先优选符合盘 并吸附 O 、C ；热等静压过程中形成(Ti Nb)C1-x Ox 的化 心及盘缘工作需要的两种高温合金[5, 6] ，采用高能束焊 合物。PPB 网格在粉末高温合金中属