热等静压Inconel625合金组织与性能研究

摘要

Inconel625是一种典型的镍基高温合金,广泛应用于航空航天和化工等行业。Inconel625合金传统铸造和锻造工艺分别存在宏观成分偏析和材料利用率低的缺点,而采用粉末热等静压(HotIsostaticPressing,HIP),既可获得锻件的优异性能,又能节省材料,此外还可整体近净成形结构复杂的零件。因此,粉末热等静压近净成形在制造高推重比航空发动机涡轮盘等关键零部件有着明显的优势。然而,Inconel625合金粉末热等静压时容易形成原始颗粒边界(PriorParticleBoundary,PPB),对性能造成不利影响,采用合理的固溶处理可以有效消除。目前,国内外对Inconel625合金热等静压及其固溶处理工艺等相关研究较少,对该合金的组织与性能也尚无深入的研究。
　　为此,设计了五组不同温度和不同压力工艺对Inconel625合金粉末进行热等静压成形,并对最佳工艺成形合金的组织与性能进行表征和分析。此外,设计了多组不同加热温度和不同保温时间工艺对热等静压Inconel625合金进行固溶处理,并对其组织与性能进行表征、对比和分析。
　　结果表明:(1)在热等静压过程中,随着温度和压力的升高,Inconel625合金粉末逐渐实现致密化成形。热等静压工艺参数为1050℃/120MPa/3h时,为最佳工艺,可获得全致密零件,基体组织为γ相奥氏体,尺寸与粉末颗粒相当。(2)采用最佳工艺热等静压近净成形的Inconel625合金组织均匀,无明显成分偏析,然而存在大量由链状碳化物组成的PPB。合金在室温下的屈服强度和抗拉强度分别达到了499.12MPa和983.38MPa,延伸率为26.29％;而在650℃高温下的屈服强度和抗拉强度分别达到了356.00MPa和761.51MPa,延伸率为27.43%。合金的强度达到或优于ASTM和《中国航空材料手册》中锻件的性能水平;然而,由于PPB的存在,其室温和高温塑性均较差。(3)合理的固溶处理可以有效消除合金中的PPB,改善其微观组织与综合力学性能。随着固溶处理温度的升高,碳化物溶解更充分,硬度和强度没有明显下降,而塑性显著提高;1100℃时延伸率最大为32.8%,塑性最优;但固溶处理温度过高时(如1200℃),由于部分碳化物长大,且存在过烧组织,导致硬度、强度和塑性均发生剧烈下降。随着固溶保温时间的延长,碳化物逐渐溶解,PPB逐渐消失,塑性越来越好;30min时综合性能最好,但保温时间过长时(如40~50min),由于部分碳化物发生聚集和转变,强度明显下降。最优固溶处理工艺参数为1100℃/30min/水冷,经该工艺处理后,合金硬度下降了4.9%,室温强度无明显变化,延伸率提升了25.8%,其拉伸断面呈现大量小尺度韧窝,断裂机制为韧性断裂,保证材料良好的塑性。

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1 绪论

1.1 粉末高温合金及Inconel625合金概述

1.1.1 粉末高温合金的发展及其制件的生产工艺

1.1.2 Inconel625合金及其制件的生产工艺

1.2 热等静压成形技术简介

1.2.1 热等静压成形技术基本原理

1.2.2 热等静压近净成形技术的优点和缺点

1.2.3 热等静压成形技术研究进展

1.3 粉末高温合金热处理工艺及其研究现状

1.3.1 粉末高温合金热处理工艺

1.3.2 粉末热等静压高温合金热处理工艺研究现状

1.4 课题来源及主要研究内容

1.4.1 课题来源

1.4.2 研究目的和意义

1.4.3 主要研究内容

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.1.1 高温粉末材料

2.1.2 热等静压近净成形包套材料

2.2 实验方法与步骤

2.2.1 热等静压近净成形工艺探索和最优化成形

2.2.2 固溶处理实验

2.2.3 显微组织及力学性能测试

3 实验结果与分析

3.1 Inconel625合金粉末热等静压致密化过程研究

3.2 热等静压Inconel625合金组织与性能

3.2.1 热等静压Inconel625合金微观组织

3.2.2 热等静压Inconel625合金力学性能

3.2.3 小结

3.3 固溶处理对热等静压Inconel625合金组织与性能的影响

3.3.1 固溶处理温度对组织和性能的影响

3.3.2 固溶保温时间对组织和性能的影响

3.3.3 固溶处理对断裂机理的影响

4 结论与展望

4.1 主要结论

4.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间撰写的学术论文与专利