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熱處理工藝對(duì)高溫合金GH2132力學(xué)性能的影響

更新時(shí)間：2022-08-22

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電機(jī)護(hù)環(huán)是緊固發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組端部線圈的箍圈,是發(fā)電機(jī)中承受應(yīng)力最高的部件之一,護(hù)環(huán)的完整性是保證電機(jī)正常工作的關(guān)鍵所在。電機(jī)護(hù)環(huán)作為機(jī)車(chē)電機(jī)的重要部件,因其特殊的工作環(huán)境,要求很高的屈服極限及較高的綜合力學(xué)性能。長(zhǎng)期以來(lái),護(hù)環(huán)失效都是引發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子失效的主要原因,現(xiàn)有的電機(jī)護(hù)環(huán)所用材料及其生產(chǎn)工藝技術(shù)已影響了我國(guó)新型內(nèi)燃機(jī)車(chē)的發(fā)展進(jìn)程。目前國(guó)內(nèi)外電機(jī)護(hù)環(huán)用鋼基本采用Mn-Cr系或Mn-Ni-Cr系不銹鋼,而本文采用高溫合金GH2132作為電機(jī)護(hù)環(huán)用材料。GH2132合金為Fe25Ni-15Cr基高溫合金,加入Mo 、 Ti、Al、V及微量P,主要通過(guò)時(shí)效析出y'-Nis( Ti,Al)相進(jìn)行強(qiáng)化[13]同時(shí)由于Cr的存在,有良好的抗腐蝕性能。該合金在650℃以下具有高的屈服強(qiáng)度和持久,蠕變強(qiáng)度,并且具有較好的加工塑性及滿(mǎn)意的焊接性能,因此常被用作航空緊固件等。本文研究了熱處理對(duì)優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)CH2132合金組織、性能影響,以獲得最佳綜合性能指標(biāo),滿(mǎn)足電機(jī)護(hù)環(huán)的使用要求。

試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)所用材料GH2132的主要化學(xué)成分如表1所示。試樣經(jīng)線切割加工成b10 mm 的棒材,對(duì)試樣進(jìn)行編號(hào),分別使用不同的熱處理方法(見(jiàn)表2)。按照GB/T 228—2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》將試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣,在 Instron8501電液伺服力學(xué)拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn),測(cè)試其力學(xué)性能。用220HBS-300 數(shù)顯布氏硬度計(jì)測(cè)量硬度。試樣機(jī)械拋光后,用1.5 g CuSO4+20 mL HCl +20 mLCH,OH腐蝕液腐蝕30 ~40 s ,用臺(tái)式BX41光學(xué)顯微鏡、SUPRA40場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察顯微組織及晶粒度,y'相的大小和分布。用 MPD 型X-射線衍射儀進(jìn)行物相分析。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1是不同工藝熱處理后試樣的顯微組織?？梢钥闯?與固溶后未時(shí)效組織相比,合金經(jīng)固溶時(shí)效處理后,組織晶界清晰,晶粒均勻完整,且呈等軸狀,并伴有少量固溶處理后再結(jié)晶過(guò)程中通過(guò)堆垛層錯(cuò)生長(zhǎng)而形成的孿晶(見(jiàn)圖1( c)中插圖)。經(jīng)時(shí)效處理后,晶粒變得均勻細(xì)小,718℃時(shí)效的晶粒尺寸較700℃時(shí)效時(shí)的晶粒尺寸更加細(xì)小,分布更為均勻。

表3為合金不同工藝熱處理后的力學(xué)性能?？梢?jiàn)，固溶后未時(shí)效處理試樣具有較低的強(qiáng)度和較高塑性,抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別只有566.3 MPa和 343.5 MPa,斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率達(dá)到33.8%和38.4%。由于CH2132合金主要是通過(guò)析出y'-Nis(Ti，Al)相的沉淀強(qiáng)化作用來(lái)提高其強(qiáng)度,而未經(jīng)時(shí)效處理的合金沒(méi)有y'-Nis(Ti，Al)析出相,因此強(qiáng)度相對(duì)較低,而塑性較高。

合金固溶處理后經(jīng)700℃和718 ℃時(shí)效處理,強(qiáng)度和硬度明顯提高,其中抗拉強(qiáng)度分別提高到853.7 MPa和1055.0 MPa ,與未經(jīng)時(shí)效處理的試樣相比,分別提高了51%和86% ,屈服強(qiáng)度也分別提高了41%和89% ,硬度分別提高了26%和37%。經(jīng)過(guò)700℃時(shí)效后,合金塑性比沒(méi)有時(shí)效情況下有所下降,斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率分別降到23.3%和23.9% ;經(jīng)718℃時(shí)效后,斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率分別降到24.7%和26.9%。經(jīng)時(shí)效處理后,合金強(qiáng)度提高而塑性下降,這是由于時(shí)效使得固溶態(tài)的奧氏體析出y'相,起沉淀強(qiáng)化作用,同時(shí)析出相以切割機(jī)制阻止變形時(shí)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),有利于強(qiáng)度的提高,但也會(huì)降低塑性,因此合金經(jīng)時(shí)效后出現(xiàn)強(qiáng)度升高,塑性下降的現(xiàn)象。

對(duì)25Ni15CrFe基高溫合金GH2132采用了3種不同熱處理制度,以研究時(shí)效及時(shí)效溫度對(duì)合金力學(xué)性能的影響。700℃時(shí)效能將固溶后的CH2132的抗拉強(qiáng)度提高51 % ,達(dá)到853.7 MPa,屈服強(qiáng)度提高了41 % ,達(dá)到485.6 MPa,伸長(zhǎng)率和斷面收縮率有所下降,分別為23.3%和23.9%。這是由于在時(shí)效過(guò)程中析出了細(xì)小且彌散分布于基體的y'-Nis (Ti，Al)相起到了沉淀強(qiáng)化的作用。將時(shí)效溫度提高到718 ℃,y'相析出數(shù)量增加,合金的抗拉強(qiáng)度進(jìn)一步提高,達(dá)到1055 MPa和647.3 MPa ,伸長(zhǎng)率和斷面收縮率與700℃時(shí)效相比略有回升,達(dá)到24.7%和26.9%。因此,982℃固溶＋718℃時(shí)效能使合金獲得較好的綜合力學(xué)性能。

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