上海雄鋼特種合金有限公司

CH2761合金是一種Fe-Ni-Cr基變形高溫合金，具有屈服強(qiáng)度高、綜合性能優(yōu)異、組織穩(wěn)定等顯著優(yōu)點(diǎn)，可在700~750℃使用。合金標(biāo)準(zhǔn)熱處理后的平均晶粒度一般為ASTM3級(jí)左右，如果通過(guò)細(xì)化晶粒組織，可以有效地提高合金的拉伸強(qiáng)度以及塑性和韌性，但持久和蠕變性能將有所降低。近年來(lái)的研究表明，適量的磷可以使CH2761等變形高溫合金的持久壽命成倍提高，并顯著降低這些合金的穩(wěn)態(tài)蠕變速率，在最佳含量時(shí)對(duì)合金的其他性能無(wú)有害影響。采用微合金化與細(xì)晶處理相結(jié)合的方法，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化提高合金的屈服強(qiáng)度和塑性，通過(guò)磷徼合金強(qiáng)化來(lái)補(bǔ)償由于細(xì)晶處理造成的持久壽命損失，提高了合金的綜合性能。就此本文研究了可細(xì)化晶粒的直接時(shí)效處理工藝對(duì)磷微合金化的GH2761合金組織的影響。

1實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)選用優(yōu)質(zhì)原材料，在真空感應(yīng)爐內(nèi)熔煉成10kg的合金錠，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù),%）為:Ni44.27、Cr13.06、W3.15、Mo1.66、Al1.63、Ti3.36、P0.0007,B0.005,C0.046,Si0.079,Fe余量。在熔煉過(guò)程中加入一定量的磷，分析成分為W(P)=0.023%。合金錠經(jīng)1120℃x12h的均勻化處理，然后用750kg空氣錘經(jīng)過(guò)三火鍛成30m方坯，鍛造加熱溫度為1120℃，終鍛溫度在950℃以上;鍛坯在1120℃經(jīng)一火軋制成Φ16mm的棒材。

合金的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度為:1120℃x2b/WC+850℃x4h/AC+750℃x24h/AC。為了獲得細(xì)晶組織,對(duì)軋棒進(jìn)行直接時(shí)效處理。一次時(shí)效溫度分別選用780、800、830、850、870和950℃，均保溫4h;二次時(shí)效溫度均采用720℃，保溫24h。合金經(jīng)選定的直接時(shí)效處理制度處理后，再經(jīng)70℃/1000h長(zhǎng)期時(shí)效。用金相顯徵鏡、掃描電鏡、透射電鏡和能譜分析等手段分析合金的組織。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1對(duì)金相組織的影響

合金經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后,其平均晶粒直徑約為110μm。直接時(shí)效合金在光學(xué)顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，不同一次時(shí)效溫度（780~950℃)對(duì)合金的晶粒組織沒(méi)有明顯影響。如圖1所示，合金在最低和最高的一次時(shí)效溫度下均為均勻細(xì)小的再結(jié)晶組織，平均晶粒直徑約為10μm。因此，通過(guò)控制熱處理工藝和采用直接時(shí)效熱處理制度可以獲得合金細(xì)晶組織。

2.2對(duì)相的影響

一次時(shí)效溫度影響合金γ’相的尺寸和數(shù)量。如圖2所示，隨著一次時(shí)效濕度的提高，合金中的大顆粒相尺寸明顯增大。一次時(shí)效溫度為780℃時(shí)，合金中兩種不同尺寸的γ’相顆粒相差較小，大顆粒尺寸為25~35nm;一次時(shí)效溫度為830℃時(shí)，合金中相尺寸稍有增加，大顆粒為45~55nm，大小γ’相顆粒較均勻地分布;一次時(shí)效溫度為870℃時(shí)，γ’相顯著長(zhǎng)大，小市相明顯減少，大γ’顆粒長(zhǎng)大到61~74nm，相的總數(shù)量也有所減少，間距也增大;當(dāng)一次時(shí)效溫度達(dá)到950℃時(shí)，大γ’顆粒長(zhǎng)大到89~106nm，其間還分布一些細(xì)小的γ’相顆粒。從圖2還可以看出、隨著一次時(shí)效溫度的提高，大尺寸的顆粒在長(zhǎng)大的同時(shí)，其間距也明顯增加。

2.3對(duì)晶界析出相的影響

一次時(shí)效溫度也影響合金晶界相的析出及其分布形態(tài)。如圖3a所示，一次時(shí)效溫度為780℃時(shí)，細(xì)小的強(qiáng)化相沿晶界彌散分布，能譜分析表明（見圖3b)，析出相主要是碳化物，也包含部分硼化物;一次時(shí)效溫度為830℃時(shí)，晶界析出相較多（見圖4a)，且析出相顆粒沿晶界較均勻、分散地排列(見圖4b);當(dāng)一次時(shí)效溫度高于850℃(850~950℃)時(shí)，晶界析出相明顯減少，且晶界相分布也不均勻（見圖5a)，局部晶界觀察到較大的析出相，局部晶界沒(méi)有析出相（見圖5b)。

2.4長(zhǎng)期時(shí)效組織的演化

合金經(jīng)830℃x4h/AC+720℃x24h/AC直接時(shí)效處理后，再經(jīng)700℃x1000h長(zhǎng)期時(shí)效，其γ'相的形貌和尺寸沒(méi)有明顯變化。與圖2b相比，長(zhǎng)期時(shí)效后合金中的γ'相沒(méi)有明顯長(zhǎng)大的趨勢(shì)，呈細(xì)小球形，均勻彌散分布。這說(shuō)明細(xì)晶合金中的γ'相在700℃時(shí)具有良好的熱穩(wěn)定性。直接時(shí)效細(xì)晶合金經(jīng)長(zhǎng)期時(shí)效后，晶界析出相形貌如圖6所示。大部分晶界上析出相較多，且析出相仍呈顆粒狀排列〔見圖6a)，一部分晶界析出相呈板條狀，較少區(qū)域有連接成串的趨勢(shì)（見圖6b)。

3討論

合金晶內(nèi)γ'相和晶界析出物的配合狀態(tài)直接影響合金的持久壽命。密集而均勻的'相析出狀態(tài)對(duì)晶內(nèi)的強(qiáng)化效果最好。良好的晶界析出狀態(tài)不僅能提高晶界強(qiáng)度，而且還能有效地降低元素沿晶界擴(kuò)散的速率，從而降低合金的蠕變速率，有利于穩(wěn)定和提高合金的持久和蠕變性能。一次時(shí)效溫度為780~830℃時(shí),晶內(nèi)γ'相呈細(xì)小彌散分布，晶界析出相也較均勻、分散地排列于晶界。一次時(shí)效溫度為830℃時(shí)，γ'相和晶界強(qiáng)化相析出狀態(tài)的良好配合保證了合金具有最長(zhǎng)的持久壽命;當(dāng)一次時(shí)效溫度高于850℃時(shí)，合金晶內(nèi)的γ強(qiáng)化相明顯長(zhǎng)大，且其間距也在增加，同時(shí)晶界析出狀態(tài)惡化，晶界有較大塊的析出相出現(xiàn)，局部晶界上的析出相明顯減少，分布不均勻。晶內(nèi)和晶界強(qiáng)化相析出狀態(tài)的惡化導(dǎo)致合金的持久壽命急劇降低。磷微合金化GH2761合金經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后的組織有較好的晶界析出狀態(tài)，能顯著改善合金的持久性能”。

以上的分析表明，磷微合金化合金的直接時(shí)效(830℃x4h/AC+720℃×24hAC)組織也有較好的晶界析出狀態(tài)，且長(zhǎng)期時(shí)效（700℃x1000h)后，晶內(nèi)'相沒(méi)有明顯變化，晶界強(qiáng)化相析出增多，但大部分仍然呈顆粒狀排列。表明細(xì)晶GH2761合金組織在700℃時(shí)具有較好的熱穩(wěn)定性。

4結(jié)論

(1)通過(guò)控制磷微合金化GH2761合金的熱加工工藝，采用直接時(shí)效處理制度，可以獲得細(xì)晶組織。并且一次時(shí)效溫度在780~950℃范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)合金晶粒組織沒(méi)有明顯影響。

(2)一次時(shí)效溫度為780~830℃時(shí)，合金晶內(nèi)γ'相和晶界強(qiáng)化相的析出狀態(tài)較好。當(dāng)一次時(shí)效溫度為830℃時(shí)，晶內(nèi)和晶界析出狀態(tài)配合最佳。一次時(shí)效溫度高于850℃時(shí)，合金晶內(nèi)γ相和晶界強(qiáng)化相析出狀態(tài)明顯惡化。

(3)經(jīng)830℃x4h/AC+720℃x24h/AC直接時(shí)效的合金，其組織在700℃時(shí)具有較好的熱穩(wěn)定性。