前言

Inconel625合金是一種固溶強(qiáng)化型耐蝕變形高溫合金，廣泛用于石油化工、造船和核電工業(yè)。該合金的Cr、Mo、Nb含量高，固溶強(qiáng)化作用強(qiáng)烈，熱加工成形具有一定難度。初始組織對(duì)熱加工很重要，而這主要通過(guò)熱處理控制。因此，研究該合金的熱處理工藝對(duì)研究其熱加工性能有重要意義。

1.試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)合金采用真空感應(yīng)熔煉(VIM),化學(xué)成分如表1所示。

鑄錠經(jīng)均勻化，開(kāi)坯鍛造，軋制等加工成型材。從此型材上取樣，并進(jìn)行一系列熱處理工藝試驗(yàn)，具體工藝如表2所示。

2.?試驗(yàn)結(jié)果

(1)晶粒度 由于大部分試樣晶粒不均勻，因此晶粒度只評(píng)再結(jié)晶小晶粒，見(jiàn)表3,這也能反映再結(jié)晶程度是否充分。

Inconel625的熱加工一般在950℃以上高溫進(jìn)行，已達(dá)到再結(jié)晶溫度。再結(jié)晶程度與溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式有關(guān)。從表3可以看出，在熱處理時(shí)間和冷卻方式均相同時(shí)，溫度越高，再結(jié)晶后的晶粒尺寸越大；在溫度和冷卻方式均相同時(shí)，熱處理時(shí)間越長(zhǎng)，再結(jié)晶的晶粒越粗大；而溫度與熱處理時(shí)間均相同時(shí)，則水淬比空冷的晶粒稍細(xì)一些，因?yàn)榭绽湓嚇拥脑俳Y(jié)晶晶粒有較充足的時(shí)間長(zhǎng)大。

(2)金相組織 試樣用王水甘油腐蝕劑在20V電壓下電解腐蝕制出，不同熱處理工藝下Inconel625金相組織如圖1~圖3所示。

經(jīng)950℃×60min處理后，Inconel625合金在小變形區(qū)和大變形區(qū)同時(shí)存在再結(jié)晶晶粒和原始晶粒，如圖1所示。但是小變形區(qū)由于再結(jié)晶不充分導(dǎo)致原始晶粒尺寸比大變形區(qū)的大，且數(shù)量更多。而大變形區(qū)的晶粒尺寸分布較均勻，在水淬試樣的大變形區(qū)幾乎觀察不到特別大的晶粒。且晶粒比空冷試樣的稍細(xì)小。在該溫度下，再結(jié)晶不完全。

975℃熱處理與950℃相比，晶粒略有長(zhǎng)大，大變形區(qū)的再結(jié)晶依然不完全。而在990℃,再結(jié)晶范圍進(jìn)一步增大，晶粒尺寸均勻。在990℃下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒略有長(zhǎng)大。

溫度升高到1000℃后，再結(jié)晶區(qū)組織較1000℃以下熱處理組織更為均勻，但也出現(xiàn)較多孿晶，如圖2所示。

試樣經(jīng)1030℃熱處理后，晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，有個(gè)別較大的晶粒出現(xiàn)，見(jiàn)圖3。因?yàn)闇囟容^高，晶粒相對(duì)于溫度較低時(shí)要明顯大很多，說(shuō)明此溫度下晶粒長(zhǎng)大嚴(yán)重。大晶粒都呈不太規(guī)則的塊狀，而小晶粒基本呈等軸狀。在水淬組織中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在大晶粒之間夾著孿晶。而這些屬于退火孿晶，一般在晶粒三叉點(diǎn)形成，且周圍是再結(jié)晶完成并繼續(xù)長(zhǎng)大的晶粒。

3.結(jié)果分析

在這幾組熱處理試樣中，從已再結(jié)晶區(qū)和未再結(jié)晶區(qū)的面積比例看，隨著溫度的升高，未再結(jié)晶區(qū)面積逐漸減小，因?yàn)闇囟鹊纳呤乖俳Y(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力增強(qiáng)，再結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行得越來(lái)越充分。在975℃以下，再結(jié)晶不充分。溫度達(dá)到990℃以上時(shí)，再結(jié)晶基本進(jìn)行完全，再結(jié)晶后的晶粒較均勻，且處理時(shí)間每延長(zhǎng)30min,晶粒度增大0.5級(jí)。隨著溫度的升高，晶粒逐漸增大，在不同的處理溫度下，水淬試樣要比空冷的晶粒稍細(xì)小一些。1000℃時(shí)有大量退火孿晶生成。

再結(jié)晶是通過(guò)形成新的細(xì)小等軸晶來(lái)消除變形和內(nèi)應(yīng)力的過(guò)程。再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是回復(fù)后剩下的應(yīng)變能。由于試樣本身變形均勻，因此各處應(yīng)變能不一樣，所以再結(jié)晶的進(jìn)度也不一樣。再結(jié)晶越充分，釋放的應(yīng)變能越多，基體中殘留應(yīng)力越少，對(duì)以后的加工越有利。在同一個(gè)試樣里，大變形區(qū)的再結(jié)晶最先進(jìn)行。當(dāng)大變形區(qū)再結(jié)晶充分時(shí)，小變形區(qū)的再結(jié)晶還沒(méi)進(jìn)行完全，這時(shí)如果一味提高溫度或延長(zhǎng)時(shí)間是不太可取的，須慎重考慮，因?yàn)樵谛∽冃螀^(qū)的再結(jié)晶進(jìn)一步進(jìn)行的同時(shí)，大變形區(qū)已完成再結(jié)晶的晶粒會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)大，可能不利于后續(xù)加工。所以熱處理應(yīng)該使合金組織達(dá)到一個(gè)較為平衡、均勻的狀態(tài)。

就本合金而言，金相組織觀察表明990℃×120min和1000℃×60min是加工前較好的一個(gè)熱處理工藝。晶粒尺寸比較細(xì)小，尺寸分布較均勻，且沒(méi)有過(guò)大的晶粒。

4.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的試驗(yàn)與分析，得出以下結(jié)論：

(1)?在軋態(tài)625合金變形量與熱處理溫度的綜合影響下，隨著溫度從950℃升高到1030℃,晶粒尺寸緩慢增大，晶粒度從8、9級(jí)降到6、7級(jí)。在同樣溫度下，水淬處理的晶粒比空冷的略細(xì)。

(2)在975℃以下，再結(jié)晶不充分，溫度達(dá)到990℃以上時(shí)，再結(jié)晶進(jìn)行完全。990℃×120min和1000℃×60min是加工前較好的一個(gè)熱處理工藝。