粉末冶金镍基高温合金异常晶粒生长机制及其对航空发动机性能的影响

这篇研究系统探讨了粉末冶金(PM)镍基高温合金在热变形后固溶热处理(SHT)过程中的异常晶粒生长(AGG)行为。通过分析不同变形温度(T)、应变速率(ε?)和应变条件下储存能(SE)与γ'相析出的相互作用，揭示了AGG的核心驱动机制：SE差异使部分再结晶晶粒突破γ'相钉扎效应(Zener pinning)形成尺寸优势，最终导致异常大晶粒(ALGs)的产生。研究为航空发动机涡轮盘等关键部件的工艺优化提供了重要理论依据。

　　

Highlight

SE对AGG的影响机制

图2展示了实验合金在不同变形条件下的光学显微结构。总体而言，温度(T)升高会逐步增加动态再结晶(DRX)程度和DRX晶粒尺寸，形成更均匀的晶粒结构。当T为1020℃时，原始晶粒因变形而拉长，但在光学显微镜下几乎观察不到明显的DRX晶粒。这是由于在较低T和较高应变速率($\stackrel{?}{\epsilon }$)条件下，DRX形核受到抑制所致。

结论

本研究系统研究了热变形PM镍基高温合金在SHT过程中的AGG行为，主要发现如下：

1）热变形合金的AGG现象主要发生在较低变形温度、较高应变速率和较大应变的条件下；

2）储存能(SE)差异是AGG的核心驱动力——当变形基体中SE较高时，具有晶界迁移优势的再结晶晶粒会发生选择性生长；

3）γ'相的不均匀溶解导致不同区域晶粒受到差异化的钉扎效应，完全溶解区域更易发生AGG；

4）定量计算表明，变形晶粒与再结晶晶粒间的SE差是克服γ'相钉扎力的关键因素，最终形成尺寸占优的ALGs。