GH141 鍛件典型折疊缺陷分析

文／劉婧雯·中航金屬材料理化檢測科技有限公司

GH141 是沉淀硬化型鎳基高溫合金，具有高的拉伸和持久蠕變強度。但GH141 材料在鍛造過程中，易在鍛件外緣處產生鍛造折疊現象。鍛造折疊屬于一種高溫氧化缺陷，在機加工過程中，由于鍛造折疊較深以及加工量較小等原因，易在機加工后零件表面發現多處裂紋，該種裂紋缺陷易與其他缺陷相混淆，故本文通過宏觀分析、金相檢驗、掃描電鏡分析及能譜分析等方法，對GH141 高溫氧化及鍛造折疊缺陷進行研究和統計分析，總結其缺陷特征。

試驗過程

宏觀分析

人為制造具有鍛造折疊缺陷的試樣及高溫氧化試樣，鍛造溫度1170℃，空冷。其宏觀形貌如圖1(a)、圖1(b)所示。

圖1 低倍組織圖(宏觀形貌)

高倍

⑴拋光態。

折疊試塊經過磨制→拋光后，高倍金相組織如圖2 所示。

圖2 拋光態組織

由拋光態組織圖可知，折疊缺陷周圍碳化物分布均勻。缺陷四周存在黑色短棒狀物質，厚度約為20μm，均勻分布在折疊缺陷兩側。

⑵腐蝕態。

折疊試塊經過磨制→拋光→腐蝕(CuCl2+HCl+無水乙醇=5g:100ml:100ml)后，其金相組織如圖3所示。

圖3 腐蝕態組織

由腐蝕態組織圖可見，折疊缺陷四周均勻分布著短棒狀物質。折疊試樣周圍晶粒度大小與正常基體無明顯差異。

能譜結果

分別對折疊缺陷周圍的短棒狀物質及高溫氧化試樣表面進行能譜試驗分析，其結果如下：折疊試樣掃描電鏡圖片如圖4 所示，其能譜結果見表1；表面氧化試樣掃描電鏡圖片如圖5 所示，其能譜結果見表2。

表1 折疊試樣能譜結果(質量分數，%)

表2 表面氧化試樣能譜結果(質量分數，%)

圖4 折疊試樣掃描電鏡圖片

圖5 表面氧化試樣掃描電鏡圖片

由本結果可知，折疊試樣缺陷周圍的短棒狀物質，其Al、Ti、O 元素含量高于正常基體。Cr、Mo、Co元素低于正常基體。

表面氧化試樣選取兩個相聚較遠的區域，其能譜結果如表2 所示。由本結果可知，表面氧化試樣其表面Ti、Cr、O 元素高于正常基體，Co、Ni、Mo 元素低于正常基體。

分析與討論

由鍛造折疊試樣的顯微組織可見，其缺陷周圍有大量黑色短棒狀物質存在，該物質主要為高溫氧化產物，經過能譜分析可知，GH141 經過高溫氧化后，由于Cr 元素易與O 元素發生反應，其表面經過高溫氧化后生成的物質，主要為Cr2O3及Al2O3的混合層，而經過高溫氧化后，其內層主要由Al2O3及少量Ti 的氧化物構成，這些氧化物的存在有可能增加氧化膜與基體的附著性。

結論

由上述試驗可知，GH141 經過高溫氧化后，其表面會形成一層氧化層，氧化層主要分為兩層：外氧化層主要為Cr2O3及Al2O3的混合層，內氧化層主要為Al2O3及少量Ti 的氧化物構成。