晶粒尺寸對高溫合金的性能有較大的影響,從室溫機械性能的角度看,晶粒愈細愈好,但從高溫性能的角度看,希望晶粒適當(dāng)粗些,因此在高溫下,晶界是薄弱的部分。
由于金屬原子易于沿晶界擴散,晶粒較粗些有利于提高合金的持久強度。對于高溫合金車輪鍛件來說,晶粒大小不均勻是最有害的,它將使持久強度和抗蠕變強度顯著降低,使用壽命縮短至原有的數(shù)分之一。例如GH135合金,當(dāng)晶粒度從4-6級細化到7~9級時,室溫疲勞強度從290MPa提高到400MPa;在700℃下,疲勞強度從400MPa提高到590MPa。
這是因為大晶粒試樣疲勞斷口的疲勞條痕間距交款,疲勞裂紋發(fā)展速度較快;而疲勞裂紋在細晶粒內(nèi)向前推進時,不但受到相鄰晶粒的限制,而且從一個晶粒到另一個晶粒還要改變方向,因此車輪鍛件疲勞裂紋發(fā)展速度較慢。但是,晶粒細化后的持久強度下降,蠕變速度增加。例如晶粒度從5級細化到7級時,在700℃下100h的持久強度從450MPa下降到370MPa。當(dāng)晶粒度由4~5級細化到10~11級時,在700℃、44MPa下的最小蠕變速度增加了25~100倍。持久壽命縮短到十分之一。
因此,綜合晶粒度對室溫和高溫性能的影響,取均勻適中晶粒為宜。