GH 2787合金是Fe-Ni-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，長期使用溫度范圍在500～750℃之間，最高使用溫度800℃,主要用作壓氣機(jī)葉片等其他高溫部件[1-4].GH2787合金主要通過加入Cr、W元素進(jìn)行固溶強(qiáng)化，加入Al、Ti元素進(jìn)行沉淀強(qiáng)化. GH2787合金是以y'為強(qiáng)化相的合金，固溶工藝影響合金的晶粒尺寸、y'沉淀相的體積分?jǐn)?shù)，同時(shí)合金的性能與變形過程中組織演變密切相關(guān).為此，本文對(duì)GH2787合金進(jìn)行了不同溫度的固溶處理，并研究了變形溫度對(duì)組織性能的影響規(guī)律，以進(jìn)一步系統(tǒng)分析該類合金工藝、組織和性能之間的關(guān)系以及變形組織演化特點(diǎn)，為GH2787合金組織性能的控制及優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)以及合金的生產(chǎn)使用奠定理論基礎(chǔ)

1?實(shí)驗(yàn)材料與方法

本實(shí)驗(yàn)采用直徑22mm的GH2787合金棒材，化學(xué)成分見表1.通過Thermo -Cale Software計(jì)算軟件，選用Ni-data7數(shù)據(jù)庫計(jì)算了GH2787合金上限成分、下限成分和實(shí)際成分合金中y'相溶解溫度分別為970,940和955℃左右，如圖1所示.為了研究熱處理溫度對(duì)組織性能的影響，棒材分別在900、940和980℃進(jìn)行1h固溶處理，然后對(duì)固溶處理的材料進(jìn)行組織觀察、顯微硬度測試和不同溫度(25、550和750℃)的力學(xué)性能測試，并對(duì)拉伸變形后的組織進(jìn)行SEM和TEM分析.

2?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖2顯示了固溶溫度對(duì)合金顯微硬度的影響，加載荷重為500g,加載時(shí)間為15 s.從圖2可以看出，900、940和980℃固溶處理合金的維氏硬度分別為HV290、HV280和HV220,隨著固溶處理溫度的升高，合金的顯微硬度值明顯降低.

圖3顯示了不同固溶溫度處理后合金的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線.GH2787合金在拉伸過程經(jīng)過彈性變形后，發(fā)生屈服，然后進(jìn)行塑性變形，在整個(gè)塑性變形過程中均發(fā)生加工硬化，無應(yīng)變軟化現(xiàn)象.但合金在550℃拉伸時(shí)，拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線上出現(xiàn)鋸齒狀現(xiàn)象，該現(xiàn)象與固溶處理溫度無關(guān)；此現(xiàn)象為動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象，許多金屬和合金在一定的溫度和應(yīng)變速率范圍內(nèi)均發(fā)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效.發(fā)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的機(jī)理與合金中間隙原子(C)與可動(dòng)位錯(cuò)的相互作用有關(guān)[5-8].

表2顯示了不同固溶溫度處理后GH2787合金在不同溫度下的力學(xué)性能.從表2可以看出，隨著固溶溫度的升高，合金的屈服強(qiáng)度明顯降低.此外，在25～750℃拉伸溫度范圍內(nèi)，合金的延伸率在46.5%～19.5%之間，說明該合金具有良好的室溫和高溫塑性.

圖4顯示了GH2787合金在不同固溶處理后的金相組織，可以看出，980、940和900℃固溶處理后合金的晶粒尺寸分別在40、30和20μm左右.圖5是固溶熱處理合金的掃描電鏡顯微組織.從圖中可以看出，當(dāng)固溶溫度高于y'溶解溫度(980℃)時(shí)，在樣品的部分區(qū)域觀察到小尺寸的y',且分布不均勻(圖5(a));當(dāng)固溶溫度在y'溶解溫度附近(940℃)時(shí)，樣品中的y'尺寸明顯增大，但是分布依然不均勻，并且出現(xiàn)“團(tuán)簇”的現(xiàn)象(圖5(b));當(dāng)固溶溫度低于y'溶解溫度(900℃)時(shí)，在樣品中觀察到大量彌散分布的y'(圖5(c))

90℃固溶處理樣品的屈服強(qiáng)度明顯高于940℃和980℃處理的樣品.這是與多晶高溫合金的強(qiáng)度主要與合金的晶粒尺寸、y'沉淀相的體積分?jǐn)?shù)及分布狀態(tài)、(Ti,W,M)C型碳化物的晶界強(qiáng)化有關(guān).從圖6中可以看出合金的變形機(jī)制主要是位錯(cuò)滑移.而在位錯(cuò)滑移過程中y'析出相、針狀析出相及晶界是位錯(cuò)滑移的主要障礙.從圖6(a)中可以看出位錯(cuò)在遇到y(tǒng)'析出相時(shí)，采用繞過的方式繞過y'.而當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)至針狀η相界面處，η相成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，因此位錯(cuò)大量塞積在針狀析出相界面處，如圖6(b)所示.此外，在晶界處位錯(cuò)大量塞積，晶界成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙(圖6(c)).因此，為了提高GH2787合金的力學(xué)性能，需要在熱處理過程中嚴(yán)格控制熱處理工藝，降低晶粒尺寸，增加晶界數(shù)量，增加阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙.從圖6至圖8的TEM組織中可以看出，隨著固溶溫度的升高，合金中的析出相逐漸減少，合金變形時(shí)位錯(cuò)在基體中滑移所受的阻力較小，位錯(cuò)主要在晶界處塞積.由圖5可知，980 ℃固溶處理后合金中的y'體積分?jǐn)?shù)降低且y'直徑較小，因此在室溫拉伸變形過程中，位錯(cuò)主要是在晶界處塞積，如圖4所示.此外，由于980℃固溶處理樣品的晶粒尺寸(40μm)大于940℃的尺寸(30μm),晶界數(shù)量減少，根據(jù)Hall-Petch關(guān)系，980 ℃固溶溫度下合金的屈服強(qiáng)度也大于940 ℃.因此在980℃時(shí)合金的拉伸強(qiáng)度最低.

3結(jié) 論

(1)?當(dāng)固溶溫度在y'溶解溫度以上時(shí)，GH2787合金中y'相體積分?jǐn)?shù)較低，合金中y'尺寸較?。划?dāng)固溶溫度接近γ'溶解溫度時(shí)，GH 2787合金中的y'相分布不均勻，出現(xiàn)y'團(tuán)簇；當(dāng)固溶溫度低于y'溶解溫度時(shí)，GH2787合金中的y'相分布均勻，并有少量針狀的η相出現(xiàn)

(2)?隨著固溶溫度的降低，合金的顯微硬度值和屈服強(qiáng)度大幅提高.900℃固溶處理時(shí)，GH2787合金拉伸強(qiáng)度最高.

(3)GH2787合金的主要強(qiáng)化方式為y'沉淀強(qiáng)化的同時(shí)存在晶界強(qiáng)化.