梯度结构的FGH4096合金混晶层的微观组织演化

本项目拟利用自主研发的梯度热处理炉，通过调节冷却水流速度、采用内外双加热系统间歇性加热的方法，并辅以高灵敏度控温热电偶，实现对梯度温度场的精确控制。对超细晶FGH4096合金（ASTM13级）进行不同温度梯度ΔTi（i=1, 2, ……）的梯度热处理试验，研究温度梯度对梯度结构混晶层的厚度以及强化相形态与分布的影响规律。采用以静态微观组织映射动态组织演变的方式，结合金相显微镜、扫描电镜、透射电镜层层递进的观测方法，揭示在梯度温度场作用下梯度结构混晶层的微观组织演化规律。本项目研究将为全面认识梯度温度场作用下梯度结构的微观组织演化规律奠定基础；为研究梯度结构如何实现双性能以及揭示梯度结构适合服役于具有一定温度梯度、性能梯度工作环境的本质特征提供思路；为梯度热处理设备研发提供技术支撑，加速梯度热处理技术产业化进程。

项目组利用自主研发梯度热处理设备，采用内外双系统间歇性加热的方法，实现对梯度温度场的精确控制，制备出不同的梯度组织。梯度热处理中的组织演化包括：低温区保持细晶、高温区促进晶粒长大、绝热区附近形成混晶过渡层。梯度组织的化学成分均匀稳定，只存在微观结构上的梯度：第一、晶粒度梯度——低温区细晶的晶粒尺寸小于ASTM11级，高温区粗晶大于ASTM6级，绝热区混晶过渡层的宽度从100μm到4000μm。第二、强化相梯度——细晶组织γ′相尺寸约为60nm，粗晶组织约为200nm，而混晶过渡层则为100nm。梯度组织满足涡轮盘的盘心、盘缘的实际工作需要，符合双性能涡轮盘的设计要求。然而，梯度组织具有怎样的力学性能，缺乏基础研究；究竟何种结构的梯度组织才能表现出理想的双性能，亟待深入研究。另外，梯度组织的微观结构具有明显的梯度特点，研究其失效机制兼具创新性和科学性。因此，建议在本项目研究成果之上深入研究梯度组织的失效机制：揭示裂纹形成机制、掌握裂纹传播规律、探讨梯度组织实现双性能的本质。