GH720Li合金耐磨板具有較高的使用溫度和高溫強度,是750℃左右高性能變形渦輪盤的首選材料。廣泛用于國外航空發動機中,如Rolls-Royce公司的BR700及Allison公司的GMA2100、GMA3007、T406、T800等高性能航空發動機的渦輪盤,在我國大量應用于高性能燃氣渦輪盤材料。
GH720Li合金耐磨板優異的性能主要源于其細晶組織、最高達50%的強化相γ'相體積含量和多種尺寸γ'相的合理匹配,而γ'相的沉淀強化效果對GH720Li合金耐磨板的力學性能尤其重要。由于γ'相的形核和長大對固溶處理后的冷卻速度極其敏感,而冷卻速度與盤鍛件固溶冷卻時冷卻介質的選擇密切相關。為保證批量燃氣渦輪盤在服役條件下的高性能、高穩定性和長壽命,科研人員系統研究了3種冷卻介質(空氣、油和水)對GH720Li合金耐磨板組織(主要為γ'相)及力學性能的影響規律,為優化熱處理工藝參數提供參考。
試驗材料從等溫鍛造制備的GH720Li合金耐磨板盤鍛件上切取。試驗用GH720Li合金耐磨板鍛態原始晶粒平均尺寸約為10μm(ASTM9~10級),分布均勻,晶界上均勻分布著1~5μm左右的一次γ'相,晶內彌散分布著500nm以下的冷卻γ'相,鍛后冷卻過程中析出的γ'相在固溶過程中回溶,然后在固溶冷卻和隨后的時效過程中再次析出γ'相。
試樣采用線切割從GH720Li合金耐磨板鍛態盤件上沿弦向切取,經1090℃固溶保溫4h,然后分別進行空冷、油冷和水冷,完成固溶處理,隨后對試樣統一進行時效處理(650℃×24h,AC+760℃×16h,AC),用于晶粒度觀察、γ'相的觀察以及典型力學性能(室溫和650℃拉伸性能)的測試。試驗結果如下:
?。?)根據試驗條件,冷卻方式對GH720Li合金耐磨板晶粒尺寸和一次γ'相基本無影響;冷卻介質主要影響固溶冷卻過程中析出的冷卻γ'相(二次和三次γ'相)。隨著冷卻速度的提高,起主要強化作用的三次γ'相平均尺寸依次為空冷>油冷>水冷,三次γ'相密度依次為空冷<油冷<水冷。
?。?)隨著冷速的提高,GH720Li合金耐磨板的室溫和高溫強度依次為空冷<油冷<水冷,而塑性依次為空冷>油冷>水冷,強度與塑性的變化與固溶冷卻過程中析出的三次γ'相的密度和尺寸密切相關。
?。?)在確保GH720Li合金耐磨板強度和塑性的前提下,固溶后宜采用油冷,以減少因熱應力而造成盤件畸變甚至開裂的風險。