固溶冷却介质对优质GH738合金组织及力

GH738合金，对应美国Waspaloy合金，是一种典型的以γ′相析出强化的镍基变形高温合金。因其具有良好的强韧化匹配性、抗疲劳蠕变交互作用强及高温长时组织性能稳定性特征而被广泛应用于航空航天、石油化工领域及各种热端部件。目前，GH738合金被广泛应用于地面烟机涡轮盘及叶片材料，近年来，在研发新型变形高温合金的同时，对GH738等这类老合金经过一系列的工艺优化，发展出了满足航空发动机涡轮盘高气压、高温、高转速等苛刻服役条件下应用的优质GH738合金。
航空发动机涡轮盘用优质GH738合金优异的力学性能源于晶界强化与2种尺寸γ′相（大尺寸的一次γ′相和小尺寸的二次γ′相）强化的良好匹配，25%左右的γ′相体积分数使得其在获得较高强度的同时拥有良好的塑性。而不同的冷却速度会使γ′相含量及尺寸分布有明显的差异，致使影响合金的力学性能。科研人员主要研究3种冷却介质（油、空气和保温棉）对优质GH738合金显微组织及力学性能之间的关联性，为实际生产中合金的淬火工艺提供参考。
实验用材料取自锻态的优质GH738合金盘件。合金原始锻态为均匀的等轴晶粒组织，平均晶粒尺寸为40μｍ；原始锻态存在3种尺寸γ′相，晶界和晶内大尺寸γ′相达300nm左右，二次γ′相在110nm左右，而最小尺寸的三次γ′相在20nm左右。适当固溶保温后，部分一次、所有二次和三次γ′相全部回溶于基体，因冷却速度的不同，在固溶冷却过程中或双时效过程中再次析出均匀细小的二次γ′相。
试样经1020℃固溶保温4h后分别进行油冷、空冷和棉冷，然后均经过相同的标准双时效处理（845℃＋4h，AC＋760℃＋16h，AC）。分别采用光学金相显微镜（OM）和场发射扫描电镜（FESEM）对热处理各阶段合金的晶粒组织及γ′相分布情况进行观察，同时检测热处理各阶段拉伸强度，拉伸性能取双样以排除误差波动干扰。
结果表明：冷却介质对优质GH738合金晶粒尺寸无影响，而主要影响一次及二次γ′相的回溶及析出行为，进而影响合金的性能。固溶阶段，随冷速的提高（油淬＞空冷＞棉冷），合金中二次γ′相减少，尺寸越小，固溶后合金抗拉强度降低。经过稳定化处理后，3种冷却方式下合金强度顺序不变，但差值减小。再经过双时效后，三者抗拉强度相当。冷速越快，一次γ′相粗化越慢，从而在双时效过程中析出更多的细小二次γ′相，最终合金的屈服强度随冷速的增加而增强。航空发动机涡轮盘锻件要求合金具有较高强度，可以采用油冷或冷速更快的固溶冷却方式，但要同时考虑淬火应力的存在导致盘锻件变形及开裂的风险。