GH907，是在Fe-Ni-Co基中加入Al、Ti和Nb等元素制備的沉淀硬化型高溫合金 這種合金在650℃具有較低的熱膨脹系數(shù)和恒彈性模量、較高的抗張強(qiáng)度和持久強(qiáng)度及良好的疲勞性能，常用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)匣、封嚴(yán)環(huán)以及渦輪外環(huán)等零部件以精確控制渦輪直徑與外環(huán)之間的間隙，對(duì)提高燃油效率和改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有極為重要的作用[1~4] 但是，用于制造機(jī)匣的大量GH907合金鍛環(huán)超聲檢測(cè)不合格 郭鴻鎮(zhèn)等[5]認(rèn)為，GH907合金鍛環(huán)超聲檢測(cè)不合格的原因，是其組織中出現(xiàn)了不均勻粗晶 優(yōu)化鍛造溫度、變形程度和熱處理制度或在中等變形程度后進(jìn)行直接時(shí)效，可得到較細(xì)的晶粒組織 張華[6]控制鍛軋溫度和變形量改善了晶粒度，制備出綜合性能優(yōu)良的GH907合金鍛環(huán) 唐曉輝等[7]研究發(fā)現(xiàn)，組織不均勻和局部粗大晶粒是GH907合金鍛環(huán)超聲檢測(cè)結(jié)果異常的主要原因，調(diào)整加熱溫度和終鍛變形量并采用軟包套技術(shù)保證終鍛溫度，提高鍛環(huán)組織的均勻性 楊良會(huì)等[8]認(rèn)為，GH907合金鍛環(huán)出現(xiàn)混晶而使超聲檢測(cè)不合格，控制原材料和改進(jìn)鍛造及熱處理工藝可在大尺寸鍛環(huán)中得到晶粒度均勻的組織 Chen[9]和Yao[10]分別建立了GH907合金和GH909合金的熱變形本構(gòu)方程和不同應(yīng)變下的熱加工圖，選擇高溫小變形的工藝參數(shù)可得到較為均勻的組織 綜上所述，GH907合金鍛環(huán)超聲檢測(cè)不合格是晶粒尺寸不均勻和粗晶所致，優(yōu)化鍛造工藝可提高鍛環(huán)的組織不均勻性 但是，改進(jìn)工藝后的大型GH907合金鍛環(huán)仍存在超聲檢測(cè)不合格的問(wèn)題 為了揭示GH907合金鍛環(huán)超聲檢測(cè)不合格的深層原因，本文用超聲檢測(cè)和組織分析手段，量化研究鍛環(huán)組織對(duì)超聲衰減的影響

1 對(duì)鍛環(huán)超聲檢測(cè)不合格的解析

用于超聲檢測(cè)的GH907合金鍛環(huán)尺寸為?576 mm × ?472 mm × 160 mm(外徑 × 內(nèi)徑 × 高度，即徑向厚度為52 mm，軸向高度為160 mm)，主要化學(xué)成分列于表1 該鍛環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度為“980℃ × 1 h，AC + 775℃ × 12 h，以55℃/h FC至620℃ × 8 h，AC”

Table 1

表1

表1GH907合金的化學(xué)成分

Table 1Chemical compositions of GH907 alloy (mass fraction, %)

C	Ni	Cr	Co	Ti	Nb + Ta	Si	Fe
0.028	37.78	0.058	14.02	1.65	4.91	0.29	Bal.

鍛環(huán)超聲檢測(cè)示意圖在圖1中給出 將鍛環(huán)水平浸沒(méi)于超聲檢測(cè)水槽中，用水浸聚焦探頭(頻率為5 MHz，晶片直徑為19 mm，焦距為152 mm)，調(diào)整探頭使其垂直于鍛環(huán)端面并使焦點(diǎn)位于鍛環(huán)的上表面 探頭發(fā)射脈沖波T以水中聲速向鍛環(huán)傳播，一部分聲波到達(dá)鍛環(huán)上表面時(shí)反射回來(lái)形成界面波S，另一部分繼續(xù)在鍛環(huán)中傳播，經(jīng)鍛環(huán)底面反射形成底波B 若鍛環(huán)內(nèi)有缺陷就會(huì)反射形成缺陷波F，缺陷外的聲波繼續(xù)傳至鍛環(huán)底面后反射形成底波Bf，此時(shí)底波的幅值Bf < B 圖1中右側(cè)A掃描波形圖的縱坐標(biāo)代表反射波的幅度A，橫坐標(biāo)代表超聲波的傳播時(shí)間t 以約1 mm的徑向和周向上的掃查步長(zhǎng)對(duì)鍛環(huán)端面進(jìn)行掃查，得到n × m個(gè)A掃描信號(hào)數(shù)據(jù)集 對(duì)各A掃波形設(shè)置兩個(gè)時(shí)間閘門(mén)，閘門(mén)G1用于監(jiān)測(cè)鍛環(huán)內(nèi)即界面波S和底波B之間是否存在缺陷波信號(hào)F，閘門(mén)G2用于監(jiān)測(cè)底波B，最后使用成像軟件處理得到鍛環(huán)內(nèi)缺陷成像圖和底波成像圖 因?yàn)殄懎h(huán)的厚度不變，若組織均勻一致，則各掃查點(diǎn)的底波幅值B基本一致 如果工件內(nèi)有與工件表面平行的缺陷，缺陷波的高度與缺陷大小呈正相關(guān)，底波的高度會(huì)下降甚至消失；如果工件內(nèi)有某些傾斜的或小而密集的缺陷，則其缺陷反射波很低且底波也會(huì)下降甚至消失 因此，只采用閘門(mén)G1的缺陷成像則導(dǎo)致傾斜性缺陷的漏檢，故還需采用閘門(mén)G2的底波成像以防止漏檢

圖1



圖1GH907合金鍛環(huán)的水浸超聲檢測(cè)模型和A掃描波形示意圖

Fig.1Inspection model and A-scan waveform diagram of GH907 alloy forged ring with immersion ultrasonic testing

典型不合格的GH907合金鍛環(huán)的缺陷成像與底波成像的超聲掃查結(jié)果，如圖2a和2b所示，這是將所有掃查點(diǎn)A掃描中缺陷閘門(mén)G1與底波閘門(mén)G2中的最大幅值構(gòu)成的矩陣F(n × m)和矩陣B(n × m)經(jīng)色階調(diào)制分別得到的C掃(位置-幅值)圖 圖中的橫、縱坐標(biāo)分別表示探頭在鍛環(huán)表面上的橫、縱坐標(biāo)，不同顏色代表反射波幅值的大小，紫色到紅色代表幅值從0%到100% 由缺陷成像圖2a可知，在界面波和底波之間幾乎沒(méi)有回波，在鍛環(huán)內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)缺陷 但是常常發(fā)現(xiàn)在底波成像圖2b中的鍛環(huán)厚度中心部位的底波幅值低于內(nèi)徑側(cè)與外徑側(cè)的底波幅值，形成一個(gè)環(huán)形底波損失區(qū) 底波損失為

圖2



圖2典型不合格GH907合金鍛環(huán)的超聲掃查結(jié)果

Fig.2Ultrasonic scanning results of GH907 alloy forged ring (a) defect amplitude imaging; (b) bottom wave amplitude imaging; (c) location amplitude distribution curve

Δ=20lgBmaxBmin(unit:dB)

(1)

式中Bmin為底波幅值矩陣B(n × m)中的最小值，Bmax為B(n × m)中的最大值

使用Matlab軟件對(duì)圖2b上路徑Path1和Path2的各像素按圖中色階圖所示幅值畫(huà)出從內(nèi)徑到外徑方向上的底波幅值分布曲線，如圖2c所示 圖中的Ideal曲線是假設(shè)鍛環(huán)組織是理想的完全均勻的組織且不考慮超聲側(cè)壁干涉，那么理論上鍛環(huán)徑向各處的底波幅值應(yīng)該相同，由此可知其底波幅值分布的理想曲線是圖2c所示的藍(lán)色虛線平臺(tái)狀分布曲線 目前鍛環(huán)各徑向的底波幅值分布情況呈現(xiàn)出不同的凹度，即存在不同程度的底波損失 底波損失較大意味著該處對(duì)超聲聲能的透聲性較差，如果此處有缺陷，將嚴(yán)重影響對(duì)缺陷尺寸的測(cè)量和判定，所以會(huì)對(duì)底波損失做一定的要求 此鍛環(huán)的底波幅值最高處為97%，最低處為6.25%，其底波損失Δ為23.8 dB，超過(guò)規(guī)定要求值，因此判定此鍛環(huán)的超聲檢測(cè)為不合格

導(dǎo)致鍛環(huán)超聲檢測(cè)底波損失的因素有兩種：一種是材料內(nèi)部缺陷對(duì)超聲波的散射衰減，另一種是微觀組織對(duì)超聲波的散射衰減[11,12] 鍛環(huán)中的整個(gè)中心處不可能都有缺陷，因此對(duì)于出現(xiàn)大量鍛環(huán)超聲檢測(cè)不合格的現(xiàn)象基本可排除缺陷的影響，主要應(yīng)該從微觀組織的變化分析鍛環(huán)底波損失Δ較大的原因

底波幅值矩陣中各掃描點(diǎn)的幅值B可表示為

B=P0T1T2RBe-2αx

(2)

式中P0 為工件上表面處的聲壓，T1 為水-工件界面的透射率，T2 為工件-水界面的透射率，RB 為工件-水界面的反射率，α為工件中的衰減系數(shù)，x為工件的厚度

由于衰減系數(shù)α與微觀組織有關(guān)，可根據(jù)依次降低的工件底面反射回波幅值計(jì)算衰減系數(shù)

α=20lgBa/Bb2b-ax(unit:dB/mm)

(3)

式中a、b為底波的反射次數(shù)，b > a；Ba 和Bb 為第a、b次底波的幅值，x為工件的厚度

2 實(shí)驗(yàn)方法

為了根據(jù)微觀組織的變化找出造成底波損失超標(biāo)的原因，對(duì)鍛環(huán)進(jìn)行解剖分析 先選取鍛環(huán)超聲檢測(cè)成像圖中底波衰減較嚴(yán)重的典型區(qū)域，截取該區(qū)域?qū)?yīng)鍛環(huán)位置上的縱截面長(zhǎng)方形板狀試樣，進(jìn)行低倍組織檢驗(yàn)和超聲衰減檢測(cè)；再在低倍組織檢驗(yàn)后將板狀試樣切成小塊進(jìn)行金相和掃描電鏡觀察并測(cè)量超聲衰減系數(shù)

試樣的切割方法和編號(hào)方式如圖3所示 用線切割沿著與軸線平行的斷面將鍛環(huán)切開(kāi)，然后在斷面?zhèn)惹邢?5 mm厚的長(zhǎng)方形板狀試樣，經(jīng)磨床打磨后用硫酸銅溶液(硫酸銅30 g，鹽酸100 mL，硫酸6 mL)腐蝕9 min，清洗烘干后觀察其低倍組織 從垂直于板厚方向?qū)Π鍫钤嚇舆M(jìn)行超聲衰減檢測(cè)，觀察底波損失 再將長(zhǎng)方形板狀試樣切成24個(gè)尺寸為20 mm × 16 mm × 15 mm的小塊試樣，分別進(jìn)行機(jī)械研磨和拋光，用氯化銅溶液(氯化銅5 g，鹽酸100 mL，酒精100 mL)腐蝕30 s，再用無(wú)水乙醇清洗并風(fēng)干后，用Axio Observer Z1光學(xué)顯微鏡和Gemini SEM 460型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)觀察其顯微組織 最后將水浸探頭聚焦在各小塊試樣表面，使聲波在試塊上下表面來(lái)回反射，在示波屏上出現(xiàn)多次底波，根據(jù) 式(3)計(jì)算出每個(gè)小塊試樣的衰減系數(shù)以分析長(zhǎng)方形板狀試樣各處的組織與其聲學(xué)衰減的關(guān)系

圖3



圖3試樣的切取方式和編號(hào)示意圖

Fig.3Schematic diagram of specimen cutting and numbering for block samples

3 結(jié)果和討論

圖4給出了同一批次兩個(gè)GH907合金鍛環(huán)力學(xué)性能試驗(yàn)余料試樣的底波幅值成像結(jié)果 超聲檢測(cè)結(jié)果表明，這批次的鍛環(huán)都是靠近內(nèi)徑側(cè)和外徑側(cè)底波較高，而位于厚度中心部位的藍(lán)色區(qū)域底波損失嚴(yán)重，藍(lán)色區(qū)的寬度為7~18 mm

圖4



圖4GH907合金鍛環(huán)試樣的底波幅值成像

Fig.4Bottom wave amplitude imaging of GH907 alloy forged ring test block

3.1 超聲衰減與低倍組織關(guān)系

在圖4中底波損失為23 dB的矩形框所在區(qū)域切取長(zhǎng)方形板狀試樣，其低倍組織結(jié)果如圖5所示 在圖5中未發(fā)現(xiàn)冶金缺陷，但是在橢圓框所示的試樣中心有一塊黑色區(qū)域，將其定義為黑晶區(qū) 為了判定黑晶區(qū)是否造成底波損失，對(duì)長(zhǎng)方形板狀試樣進(jìn)行其厚度方向的超聲衰減檢測(cè)，結(jié)果如圖6所示 可以看出，橢圓框所示試樣中心區(qū)域的底波幅值明顯低于周?chē)渌鼌^(qū)域，超聲衰減較大區(qū)域的形態(tài)與黑晶區(qū)有很好的對(duì)應(yīng)性

圖5



圖5GH907合金試塊的縱截面低倍組織

Fig.5Macrostructures of the longitudinal section of GH907 alloy test block

圖6



圖6GH907合金試塊的縱截面底波幅值成像

Fig.6GH907 alloy test block longitudinal section of bottom wave amplitude imaging

3.2 超聲衰減與晶粒尺寸及其分布的關(guān)系

為了分析黑晶區(qū)與非黑晶區(qū)的組織差異，將長(zhǎng)方形板狀試樣切成小塊試樣進(jìn)行高倍組織觀察，各試樣的編號(hào)如圖5所示 圖7分別給出了非黑晶區(qū)(小塊試樣A1、C1、C4)和黑晶區(qū)(B4、B5、B6)所對(duì)應(yīng)的金相照片 在每個(gè)小塊試樣上選取3個(gè)視場(chǎng)，使用SISC-IAS軟件測(cè)量其晶粒尺寸 結(jié)果表明，非黑晶區(qū)的晶粒尺寸為35.1~54.3 μm，而黑晶區(qū)的晶粒尺寸為49.6~70.3 μm，非黑晶區(qū)的晶粒尺寸在總體上比黑晶區(qū)的小 由于鍛環(huán)的環(huán)軋工藝特點(diǎn)，鍛環(huán)的邊緣區(qū)域與軋輥直接接觸而使其等效應(yīng)變較大，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶較早而使內(nèi)外徑側(cè)和上下端面?zhèn)鹊木Я３叽巛^?。欢懎h(huán)中心區(qū)域因變形較小而易發(fā)生不完全再結(jié)晶，使該區(qū)域的晶粒尺寸較大 伍全[13]和Cisneros[14]模擬鍛環(huán)的成形過(guò)程，得到的鍛環(huán)等效應(yīng)變和晶粒尺寸的分布與本文得到的實(shí)際組織也有較好的吻合度

圖7



圖7非黑晶區(qū)和黑晶區(qū)的金相照片

Fig.7Microstructures of non-black grain area and black grain area (a) A1; (b) C1; (c) C4; (d) B4； (e) B5； (f) B6

關(guān)于晶粒尺寸與超聲衰減的關(guān)系，張洪達(dá)[15]測(cè)試Cr-Mo鋼試樣高頻超聲的結(jié)果表明，衰減系數(shù)隨著平均晶粒尺寸的增大而增大 Botvina等[16]分析了大量金屬不同晶粒尺寸的超聲檢測(cè)公開(kāi)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)衰減系數(shù)都隨著晶粒尺寸的增大而增大，但是擬合曲線的差異很大，其原因是材料的組織結(jié)構(gòu)和超聲檢測(cè)條件不同 Li等[17]建立了晶粒尺寸的超聲多尺度衰減評(píng)價(jià)模型，隨著試樣晶粒尺寸的增大在整個(gè)尺度范圍內(nèi)其衰減都明顯加劇

為了探究GH907合金鍛環(huán)的不同晶粒尺寸對(duì)超聲衰減的影響，對(duì)非黑晶區(qū)的各個(gè)小塊試樣分別進(jìn)行了超聲衰減系數(shù)測(cè)量，結(jié)果如圖8所示 圖8給出了衰減系數(shù)及其隨平均晶粒尺寸變化的趨勢(shì)，在總體上衰減系數(shù)隨著平均晶粒尺寸的增大而增大

圖8



圖8衰減系數(shù)與晶粒尺寸的關(guān)系

Fig.8Relationship between attenuation coefficients and average grain diameter of blocks in non-black grain area

測(cè)得內(nèi)徑側(cè)8個(gè)小塊試樣A1-A8的平均晶粒尺寸dˉ = 46.5 μm，外徑側(cè)8個(gè)小塊試樣C1-C8的平均晶粒尺寸dˉ = 49.9 μm，而中間部位B1-B8的平均晶粒尺寸dˉ = 48.6 μm 三者相差不大，表明導(dǎo)致底波損失的因素除晶粒尺寸外還與晶粒尺寸的不均勻有關(guān) 為了衡量鍛環(huán)的內(nèi)徑側(cè)、中間部位和外徑側(cè)在高度方向上晶粒尺寸不均勻性，其不均勻系數(shù)表示為

U=∑i=1ndi-dˉ2/ndˉ×100%

(4)

式中U為不均勻系數(shù)，n為試樣的個(gè)數(shù)，di 為第i個(gè)試樣的晶粒尺寸，dˉ為n個(gè)試樣的平均晶粒尺寸

根據(jù) 式(4)計(jì)算出內(nèi)徑側(cè)(A1-A8)在高度方向上的晶粒尺寸不均勻系數(shù)U為13.7%，含黑晶區(qū)的中間部位(B1-B8)的不均勻系數(shù)為23%，外徑側(cè)(C1-C8)的不均勻系數(shù)為6.6% 結(jié)合圖4中的超聲底波成像可知，厚度中心部位區(qū)域的晶粒尺寸不均勻程度最高，底波損失最嚴(yán)重

GH907合金鍛環(huán)中晶粒尺寸及其分布的均勻性對(duì)超聲衰減的影響，在圖9中給出 圖9中的曲線是圖4中紅色區(qū)域?qū)?yīng)的長(zhǎng)方形板狀試樣底波幅值的徑向分布曲線 可以看出，內(nèi)徑側(cè)的底波幅值最高，因?yàn)樵搮^(qū)的平均晶粒尺寸最小(dˉ= 46.5 μm)；其次是外徑側(cè)的底波幅值較高，對(duì)應(yīng)該區(qū)的平均晶粒尺寸(dˉ= 49.9 μm)略大于內(nèi)徑側(cè)；雖然中間部位的平均晶粒尺寸(dˉ= 48.6 μm)與內(nèi)外徑側(cè)的基本相當(dāng)，但是其底波幅值最低，對(duì)應(yīng)該區(qū)的晶粒尺寸不均勻系數(shù)最高

圖9



圖9晶粒尺寸及其分布均勻性對(duì)超聲衰減的影響

Fig.9Effect of grain size and uniformity of distribution on ultrasonic attenuation

晶粒尺寸及其不均勻性導(dǎo)致底波損失Δ較大，其原因是：各掃查點(diǎn)的超聲衰減是傳播路徑上各邊界處(晶粒、晶界、夾雜物和孔隙)的散射衰減之和[18,19] 在檢測(cè)頻率一定的條件下，超聲衰減主要與其傳播路徑上的晶粒尺寸及其分布相關(guān) 雖然中間部位(B1-B8)的平均晶粒尺寸與內(nèi)徑側(cè)相差不大，但是其中的B4和B5的晶粒尺寸較大，根據(jù)圖8給出的結(jié)果其衰減系數(shù)必然較大，從而使B區(qū)的底波幅值比A和C區(qū)的低 將B區(qū)超聲傳播路徑上不同晶粒尺寸對(duì)應(yīng)的線性擬合衰減系數(shù)代入 式(2)，可計(jì)算出B區(qū)的晶粒不均勻?qū)е碌乃p未達(dá)到圖9給出的底波幅值分布曲線的凹度，因此還須考慮其它因素

3.3 超聲衰減與析出相的關(guān)系

由圖7可知，除晶粒尺寸不同外，非黑晶區(qū)與黑晶區(qū)的析出相也有明顯的不同 非黑晶區(qū)中析出相的數(shù)量較少且呈彌散分布；而黑晶區(qū)析出相的數(shù)量明顯較多，且在部分區(qū)域的晶內(nèi)呈密集分布

GH907合金顯微組織的SEM照片如圖10所示，可見(jiàn)黑晶區(qū)與非黑晶區(qū)都有大量顆粒狀的Laves相沿晶界析出，其形狀和數(shù)量沒(méi)有明顯的不同 與非黑晶區(qū)相比，黑晶區(qū)中ε相的數(shù)量明顯增多且長(zhǎng)大和粗化，相互交錯(cuò)呈魏氏組織形貌，徐雄將其稱(chēng)之為“黑晶”組織(晶內(nèi)析出大量ε相)[20] 之所以稱(chēng)為“黑晶”，是在低倍觀察到該區(qū)域的大量ε相在腐蝕和清洗脫落，留下的細(xì)微腐蝕坑較深，其漫反射的反射光強(qiáng)較弱，因此與非黑晶區(qū)相比顯得較黑[21]

圖10



圖10GH907合金中非黑晶區(qū)和黑晶區(qū)顯微組織的SEM照片

Fig.10SEM images of microstructures of GH907 alloy (a) non-black grain area; (b) black grain area

大多數(shù)高溫合金中的Laves相被認(rèn)為是不可取的，針狀(片狀) Laves相往往是裂紋形核點(diǎn)和擴(kuò)展的通道，從而使高溫合金的持久強(qiáng)度和室溫塑性降低[4] 而GH907合金中沿晶界連續(xù)分布的粒狀Laves相能阻止裂紋擴(kuò)展，從而使合金的持久壽命提高，還能釘扎晶粒防止其過(guò)分長(zhǎng)大 ε相的形態(tài)比較復(fù)雜，在不同方向觀察其形態(tài)不同，呈針(片)狀在晶界和晶內(nèi)析出 在晶界析出的ε相能強(qiáng)化晶界，均勻分布在晶內(nèi)密度高且細(xì)小的ε相能減小位錯(cuò)塞積群的長(zhǎng)度而阻止裂紋擴(kuò)展，從而提高合金的塑性和持久性能 適當(dāng)?shù)摩畔啵翘岣吆辖鹑笨诿舾行缘年P(guān)鍵組織 但是晶內(nèi)析出大量呈魏氏組織形貌的ε相將使合金脆化和性能顯著降低[22~26] 為了定量地比較非黑晶區(qū)與黑晶區(qū)ε相數(shù)量的差異，測(cè)量和統(tǒng)計(jì)了ε相在視場(chǎng)中的面積占比 結(jié)果表明，非黑晶區(qū)視場(chǎng)中ε相面積的占比為7.2%~9.8%，黑晶區(qū)視場(chǎng)中ε相面積的占比為36.6%~44.9%，可見(jiàn)黑晶區(qū)中ε相的數(shù)量約為非黑晶區(qū)的5倍

關(guān)于析出相數(shù)量對(duì)超聲衰減的影響，Tariq[27]和Toozandehjani[28,29]用超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)表征了鋁合金的時(shí)效硬化過(guò)程 結(jié)果表明，衰減系數(shù)隨時(shí)效時(shí)間的增加呈線性增加 隨著時(shí)效的進(jìn)行會(huì)形成與基體聲阻抗不同的析出相，從而散射傳播中的超聲波，進(jìn)而增加超聲波的衰減 在過(guò)時(shí)效條件下析出相的粗化也增加了波的散射，因此衰減值進(jìn)一步增加 Carreon等[30]用超聲縱波研究了魏氏組織與等軸組織對(duì)Ti-6Al-4V合金體系超聲衰減的影響 結(jié)果表明，在超聲頻率一定的條件下，衰減與合金中析出相的面積分?jǐn)?shù)成正比，魏氏組織的超聲衰減比等軸組織的衰減大

為了探究GH907合金中ε相對(duì)超聲衰減的影響，測(cè)得某一試樣黑晶區(qū)的衰減系數(shù)為0.170 dB/mm 對(duì)其進(jìn)行固溶處理(980℃ × 1 h，AC)將已析出的ε相重新固溶到基體中，繼而對(duì)比固溶前后試樣的超聲衰減系數(shù) 對(duì)固溶處理前后的試樣進(jìn)行低倍組織、金相組織和掃描電鏡觀察并拍攝照片，結(jié)果如圖11所示 可以看出，固溶處理后的試樣其低倍組織未發(fā)現(xiàn)黑晶區(qū)，晶粒尺寸由固溶前的54.2 μm變?yōu)?6.3 μm，晶粒沒(méi)有明顯長(zhǎng)大，晶界上的Laves相數(shù)量沒(méi)有明顯差異，晶內(nèi)的針(片)狀ε相基本上溶解了 這表明，GH907合金的低倍組織出現(xiàn)黑晶區(qū)是大量ε相在硫酸銅溶液中長(zhǎng)時(shí)間腐蝕后脫落所致 這時(shí)測(cè)得試樣的衰減系數(shù)為0.122 dB/mm，固溶處理前后試樣的衰減系數(shù)相差0.048 dB/mm，即：ε相的大量析出使超聲衰減增大近40%，是不可忽視的 由此可見(jiàn)，ε相的大量析出，也是造成GH907合金鍛環(huán)超聲檢測(cè)不合格的另一個(gè)重要原因

圖11



圖11GH907合金固溶處理前后的組織

Fig.11Structure of GH907 alloy before and after solution treatment (a) Macrostructures before solution treatment; (b) Microstructures before solution treatment; (c) SEM images before solution treatment; (d) Macrostructures after solution treatment; (e) Microstructures after solution treatment; (f) SEM images after solution treatment

4 結(jié)論

(1) GH907合金鍛環(huán)超聲底波成像圖中衰減較大的區(qū)域與鍛環(huán)中心區(qū)域的黑晶區(qū)在形態(tài)上有很好的對(duì)應(yīng)性

(2) GH907合金黑晶區(qū)的晶粒尺寸比非黑晶區(qū)的大并有大量呈魏氏組織形貌的ε相，ε相的面積分?jǐn)?shù)約為非黑晶區(qū)的5倍 黑晶區(qū)的出現(xiàn)，是大量ε相在硫酸銅溶液中長(zhǎng)時(shí)間腐蝕脫落所致

(3) 試樣的超聲衰減系數(shù)隨著晶粒尺寸的增大而增大，晶內(nèi)析出的大量呈魏氏組織形貌的ε相使超聲衰減增大近40% 晶粒尺寸不均勻和ε相的大量析出是GH907合金鍛環(huán)超聲檢測(cè)不合格的原因

(4) 除了優(yōu)化鍛造工藝能得到均勻的細(xì)晶組織，還應(yīng)降低呈魏氏組織形貌的ε相的過(guò)量析出

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根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究腐蝕圖象灰度和實(shí)際腐蝕深度的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)對(duì)孤立、規(guī)則圓孔的圖像，經(jīng)雙向掃描校準(zhǔn)后，其局部平均灰度和孔深存在很好線形關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.95；對(duì)實(shí)際腐蝕圖像，其局部平均灰度和相應(yīng)位置的深度仍在0.95置信度下線性相關(guān) 但復(fù)雜深坑可能導(dǎo)致灰度值偏高（亮），而且，坑深和灰度統(tǒng)計(jì)分布相關(guān)曲線表現(xiàn)為斜率不同（以坑深0.045cm為轉(zhuǎn)折點(diǎn)）的兩段直線，綜上所述，基于圖像灰度的腐蝕形貌診斷更適合腐蝕發(fā)展初期 此外，圖像灰度和實(shí)際腐蝕參數(shù)的相關(guān)性研究表明，圖像灰度極差是平均腐蝕速度及最大坑深的良好表征，它們?cè)?.95置信度下線性相關(guān)

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The effects of precipitates on stress rupture properties of GH907 superalloy was studied in this paper.Special heat treatments were employed to obtain microstructures with ideal strengthening precipitate.It was determined that the single γ' could not provide satisfying rupture properties though excellent tensile strength could be reached;obvious profit could not be observed by the appearance of Laves in the microstructure;however,ε was beneficial to the rupture life of the alloy,specially to eliminating the notch sensitivity.The reason is also explained by means of a model based on the principal facet stress method.

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