单晶涡轮叶片长期服役组织演化及硬度退化分析

分别选用服役时间为25 000和50 000 h的燃气轮机用高压涡轮叶片对单晶涡轮叶片长时服役后的显微组织损伤及力学性能退化程度进行评价.截取叶身中部材料进行组织定量表征和显微硬度测试,定量测算了不同服役时间和不同位置的γ'相尺寸、体积分数,二次γ'相尺寸,基体通道宽度,并进行了维氏硬度测试.结果 表明,同一服役时间不同位置γ'相尺寸粗化程度不同,前缘、尾缘高温区γ'相尺寸大于叶盆、叶背处,而体积分数稍小于其他两处.服役50 000h的叶片γ'相尺寸大于相同位置处服役25 000 h叶片,体积分数呈相反规律.部分位置存在二次γ'相析出现象,二次γ'相析出位置基体通道宽度明显增加.经1100℃/2 h空冷/炉冷实验验证,二次γ'相析出与工作高温及冷却方式有关.服役异常高温区出现拓扑密排(TCP)相,该相富含W、Re元素,经分析为μ相.不同服役时长的各个位置显微硬度均有所下降,且显微硬度下降与γ'相尺寸增大呈负相关、与体积分数减少呈正相关关系.因此γ'相尺寸、体积分数可作为本涡轮叶片及材料的损伤评价参量.但当有害相析出或者材料在高应力服役时,需要综合考虑有害相、大应力服役引起的γ'相参量变化以及对材料性能退化的影响.