上海雄鋼特種合金有限公司

GH2696合金是一種以Fe-25Ni-12Cr為基體的高溫合金，用少量的鈦、鋁、鉬和微量的硼綜合強(qiáng)化，在650℃以下具有高的屈服強(qiáng)度和持久、蠕變強(qiáng)度，以及良好的高溫彈性性能、抗燃?xì)飧g性能和加工塑性。

適合于制造在650℃以下長期工作的渦輪和壓氣機(jī)緊固件、盤件和工作葉片、渦輪殼體、環(huán)形零件(包括連接環(huán))，以及在40-50℃工作的圓柱形螺旋彈簧等。

合金的短時工作溫度可達(dá)750℃。該合金可生產(chǎn)供應(yīng)各種形狀的變形產(chǎn)品，如鍛件、環(huán)件、棒材、板材、帶材、絲材等。

1試樣制備和試驗方法

本試驗所用合金是采用真空感應(yīng)爐和真空白耗爐雙真空工藝生產(chǎn)的規(guī)格為Φ250mm的鋼錠，隨后采用空氣錘鍛造開坯，熱軋成Φ23mm的圓棒，再經(jīng)過多次固溶、潤滑和冷拔制成對面距離為19mm的冷拉六角材，切取試樣進(jìn)行熱處理。合金的化學(xué)成分如表1所示。

本試驗主要研究二次時效處理對GH2696合金組織和性能的影響，選取的兩個熱處理制度分別為，Ⅰ：1110℃x2h油冷，770℃x16h空冷；Ⅱ：1110℃x2h油冷，770℃×16h空冷，640℃×16h空冷。

對比兩種熱處理制度下試樣室溫拉伸性能(屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率和面縮率)、室溫硬度、沖擊韌性以及650℃持久性能的差別。試驗所用檢測設(shè)備有：GWS-100型拉力試驗機(jī)、M5C030G3型布氏硬度計、N1500C型沖擊試驗機(jī)和RD-50型微控電子式蠕變持久試驗機(jī)，并利用OLYMPUSLEXT3100型激光共聚焦顯微鏡觀察兩種熱處理制度下合金微觀組織的差別。

2合金的機(jī)械性能及顯微組織

試樣經(jīng)熱處理后，按國標(biāo)要求進(jìn)行機(jī)械加工,進(jìn)行室溫拉伸、室溫硬度、沖擊韌性和650℃高溫持久等性能的檢測。為保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，各性能均取兩組試樣進(jìn)行檢測，具體檢測結(jié)果如表2所示。由表2可見，每種熱處理制度下所檢測到的兩組性能指標(biāo)相差都不大，因此變化比例采用各熱處理制度得到機(jī)械性能平均值進(jìn)行對比，分析二次時效熱處理對GH2696合金性能的影響。

金相試樣分別按兩種制度熱處理后進(jìn)行打磨、拋光和腐蝕，利用激光共聚焦顯微鏡觀察其顯微組織。由圖1(a)(b)可見，放大240倍后觀察兩種制度熱處理后試樣的晶粒度沒有差別，這是因為GH2696合金試樣為一個鋼錠經(jīng)鍛造開坯、熱軋和冷拉變形制備得到，因此具有相同的化學(xué)成分和原始組織。兩組熱處理制度的差別在于，制度II在固溶處理和一次時效處理后還有640℃X16h空冷的二次時效處理，該熱處理溫度遠(yuǎn)低于GH2696合金的靜態(tài)再結(jié)晶溫度，故兩組制度熱處理后試樣的晶粒度相同。由圖l(c)(d)可見，利用2400倍鏡頭仍無法觀測到兩種熱處理制度下試樣微觀組織的明顯差異。這是因為GH2696合金中γ’含量較少，其體積分?jǐn)?shù)只有10.15％，γ’相尺寸也較小為5-30nm，且與γ’基體保持共格應(yīng)力，因此利用光學(xué)顯微鏡很難直接觀察到γ’相的形貌。

3分析討論

高溫合金的強(qiáng)化方式主要為固溶強(qiáng)化，第二相強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化，后兩種強(qiáng)化手段也通常稱為沉淀強(qiáng)化。GH2696臺金是依靠元素Mo來實現(xiàn)固溶強(qiáng)化，提高原予問的結(jié)合力產(chǎn)生晶格畸變，降低堆垛層錯能及產(chǎn)生短程有序或其它原于偏聚，降低固溶體中元素的擴(kuò)散能力，提高再結(jié)晶溫度，來達(dá)到強(qiáng)化合金基體的目的。

GH2696合金是以Fe-25Ni-12Cr為基體的時效強(qiáng)化合金．主要依賴于第二相強(qiáng)化，該合金中Ni，AI型γ’相強(qiáng)化相體積分?jǐn)?shù)為10～15％。作為依靠，相強(qiáng)化的高溫合金，GH2696合金的高溫強(qiáng)度取決于γ’相的體積分?jǐn)?shù)、γ’相半徑及γ’相和γ的固溶化程度等因素。主要強(qiáng)化機(jī)制有：共格應(yīng)變強(qiáng)化、OTowan繞過強(qiáng)化機(jī)制、位錯切過第二相有序粒子強(qiáng)化機(jī)制等，其中后兩種強(qiáng)化機(jī)制起主要作用。

根據(jù)表2中兩種熱處理制度下各項機(jī)械性能變化的比例，以及強(qiáng)度提高同時塑性和沖擊韌性下降這一規(guī)律，可以判定是由于二次時效熱處理使得GH2696合金γ基體中有二次傭析出，由于二次時效處理溫度低(640℃)，時間也不長(16小時)，因此二次γ’相細(xì)小，彌散地分布在基體上，增大了γ’相的體積分?jǐn)?shù)，縮小γ’相之間的距離，阻礙位錯繞過或切割第二相質(zhì)點進(jìn)行運動，從而提高了合金的強(qiáng)度但同時使得合金的塑性和沖擊韌性下降。對于650℃的持久性能而言，由于只檢測了50小時之內(nèi)的性能，兩種熱處理制度下制備的試樣的試驗時間均大于50小時因而未發(fā)現(xiàn)該性能的變化。

4結(jié)論

1)對GH2696合金進(jìn)行640*16h的二次時效熱處理可以顯著提高合金的室溫屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度以及室溫硬度，同時塑性和沖擊韌性有所下降；

2)二次時效熱處理能析出細(xì)小的γ’相，增大γ’相的體積分?jǐn)?shù)，縮小γ’相之間的距離，阻礙位錯運動，提高合金的強(qiáng)度。