喷射成形技术是一种近净成形的快速凝固技术,相比传统铸造&锻造和粉末冶金工艺具有其独特的优势。本文采用喷射成形(Spray Forming,SF)+热等静压(Hot-isostatic pressing,HIP)+等温锻造(Isothermal Forging,IF)+热处理(Heat Treatment,HT)工艺制备了涡轮盘用新型第三代粉末高温合金 FGH100L。研究了在 SF、SF+HIP+HT 和 SF+HIP+IF+HT 三种工艺下,FGH100L 合金的组织与性能特征,下文简称为SF沉积态、HIP和IF FGH100L合金。结果表明:这三种工艺态FGH100L合金的晶粒尺寸依次是先增大后减小,晶粒的形貌发生了近球形-多边形-近球形的转变;三种工艺态FGH100L合金的室/高温强度逐渐增大,塑性稍有下降,其中SF沉积态塑性最好。IF FGH100L合金的室/高温拉伸屈服强度、断裂强度和延伸率比LSHR合金分别高165MPa/2.3MPa、82MPa/63.1MPa和6.5%/8.5%;FGH100L合金的低周疲劳寿命是LSHR合金的4.4倍。研究了固溶热处理温度对不同工艺下FGH100L合金的组织和性能的影响。结果表明:经不同固溶温度+双级时效热处理后,随固溶温度的升高(1110-1170℃),HIP 和 IF FGH100L 合金的晶粒尺寸逐渐增大,HIP FGH100L合金在1130℃亚固溶处理时,合金内获得3种尺寸数量平衡匹配较为合理的γ’析出相:一次γ’相呈链状分布于晶界,尺寸范围在0.73-3.55μm,呈不规则形状;大部分二次γ’相正在分裂呈立方形分布在晶内,尺寸范围在0.27-0.92μm;大量球形三次γ’相分布在一次γ’相、二次γ’相和基体的相边界区域,尺寸范围在≤0.17μm;在1170℃过固溶处理时,合金内只存在一种单模分布的三次γ’相。在固溶温度为1130℃时,IF FGH100L合金的室/高温拉伸强度和塑性均最好。研究了长时时效对亚/过固溶(Sub-solvus/Super-solvus)热处理态HIP和IF FGH100L合金组织与性能的稳定性影响。结果表明:在760℃随着时效时间的延长(500-2000h),HIP和IF FGH100L合金的晶粒尺寸均变化不大。当时效2000h时,Sub-solvus IF合金的室/高温拉伸屈服强度和断裂强度较长时时效前降低了 229MPa、228MPa和198MPa、230 MPa,延伸率分别降低12.9%和4.35%;当时效1000h时,Sub-solvus IF合金的高温拉伸强度和塑性均较Super-solvus IF合金高,且亚/过固溶态IF FGH100L合金内γ’相之间均存在大量的位错,同时大量位错在γ’相之间塞积。层错切割γ’相,并通过宽度的增加形成连续层错是Sub-solvus IF合金的另一变形机制。Super-solvus IF合金内部并未出现大量层错切割γ’相的现象,只有少量的超位错切入γ’相内部。研究了不同工艺下FGH100L合金的蠕变性能和温度与应力作用对合金蠕变行为的影响。结果表明:在705℃和897MPa条件下,HIP和IF FGH100L合金的蠕变断裂时间和应变分别为56.96h/81.54h和16%/21.9%。HIP和IF FGH100L合金的蠕变变形机制主要是位错、层错以切割方式通过γ’相,促使全位错更容易分解,合金中出现贯穿γ基体和γ’相的连续的较宽层错。在蠕变后期,随着位错数量的进一步增加,导致位错在锯齿晶界和碳化物附近大量塞积,阻碍位错运动。在897MPa、650-750℃下,随着温度的增高,IF FGH100L合金取向差值逐渐降低,说明合金在不同温度下所能承受的应变集中不同,温度越高合金承受应变相对较低,且蠕变寿命就越低。在750℃、450-897MPa下,随着应力的增高,IF FGH100L合金取向差值逐渐降低,应力越高蠕变寿命越低,但合金内应变主要分布于晶界附近,此温度下合金晶界是薄弱位置。