冷却速率导致的薄壁效应对K465合金显微组织和持久性能的影响

摘要

航空发动机涡轮叶片内部的复杂气膜冷却系统使得叶片叶身部位壁厚越来越薄,导致其显微组织和力学性能与传统模拟材料(如实心标准试棒)存在明显差异。本工作利用铸造成型的K465合金空心管材模拟空心叶片叶身的显微组织,对其进行900~1050℃、300~1000 h热暴露处理,并测试热暴露前后在975℃、225 MPa条件下的持久性能。利用OM、SEM、TEM和XRD观察和表征热暴露前后的显微组织,利用物理化学相分析的方法测量析出相的化学成分,研究热暴露过程中显微组织的演变规律及其对持久性能的影响。结果表明:在900~1050℃热暴露过程中,K465合金管材中主要发生γ’相的溶解和粗化连接、MC型碳化物的分解以及晶界γ’膜的宽化;随着热暴露温度的升高和时间的延长,γ’相、碳化物和晶界的退化程度逐渐加剧,导致合金的持久寿命逐步降低。与已有文献报道的900℃热暴露时标准试棒中μ相大量析出的现象不同,管材中并未析出μ相;1000和1050℃热暴露后,管材和棒材组织退化程度接近。900℃热暴露时,冷却速率导致的薄壁效应对K465合金的显微组织和持久性能影响显著;而1000和1050℃热暴露时,薄壁效应不明显。本工作的研究成果为等轴晶铸造高温合金涡轮叶片的生产和服役损伤评价提供了参考依据。