Inconel 625介紹:

625合金具有優(yōu)良的耐腐蝕和抗氧化性能，從低溫到980℃均具有良好的拉伸性能和疲勞性能，并且耐鹽霧氣氛下的應(yīng)力腐蝕。因此，可廣泛用于制造航空發(fā)動機(jī)零部件、宇航結(jié)構(gòu)部件和化工設(shè)備和接觸海水并承受高機(jī)械應(yīng)力的場合。

Inconel 625合金是一種在一系列氧化性和還原性氣氛中都具有優(yōu)異耐蝕性的鎳鉻鉬合金，它被廣泛應(yīng)用于海洋、石化以及核能等工業(yè)中。該合金為固溶強(qiáng)化型耐蝕合金，通過冷加工可獲得超過1000MPa的屈服強(qiáng)度。

國外對于該合金的研究較多，大部分研究主要集中在材料焊接性、耐蝕性以及冷熱加工過程中的組織轉(zhuǎn)變上面。國內(nèi)李亞敏等對長期時(shí)效后625合金的析出相進(jìn)行了研究，張謙等研究了固溶處理對熱等靜壓Inconel 625合金組織與拉伸性能的影響，鄧德偉等則研究了脈沖電流對Inconel 625合金裂紋尖端組織及性能的影響[10]。

隨著我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，對于大錠型的625合金需求日趨迫切。國內(nèi)各個相關(guān)生產(chǎn)廠家均開始了大錠型的625合金試制工作。由于該合金中存在大量易偏析的Nb、Mo等元素，在大型錠的凝固過程中不可避免地會產(chǎn)生元素的偏析，從而嚴(yán)重影響合金的熱加工性以及產(chǎn)品的最終性能。因此，掌握大錠型625合金的凝固規(guī)律就顯得日益迫切，而目前對于該合金大錠型冶煉凝固方面的研究報(bào)導(dǎo)還相對較少。鑒于此，本文研究了の550mm大錠型Inconel 625合金的凝固組織及其在加熱過程中的變化，以期對實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

1?實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用Inconel 625合金為經(jīng)真空感應(yīng)冶煉加電渣重熔(VIM+ESR)得到①550mm鑄錠，其成分如表1所示。從鑄錠補(bǔ)縮端上切取橫向及縱向低倍試樣，采用1:1鹽酸水溶液+5%硝酸熱腐蝕獲得試樣的低倍組織。采用日立S-4300冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察不同熱處理狀態(tài)下試樣的顯微組織。采用電解方法萃取析出相粉末，然后利用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相分析。電解雙噴制備薄片試樣，然后利用日立H-800透射電子顯微鏡(TEM)觀察合金中的析出相并進(jìn)行選區(qū)電子衍射分析。通過Netzsch STA 449C測得樣品的DSC曲線，并采用共聚焦激光掃描顯微顯微鏡(CLSM)觀察試樣在加熱過程中的組織轉(zhuǎn)變。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1?鑄錠組織

圖1~3顯示了Inconel625合金鑄錠不同部位的組織。由于Inconel625合金中含有大量的Mo、Nb等易偏析元素，其大錠型的鑄錠中必然會存在樹枝狀偏析，對Ni-Cr-Mo-Nb合金Inconel718的研究表明，這類合金的偏析規(guī)律為在樹枝間富Mo、Nb等元素，而枝干部位則貧Mo、Nb等元素。由圖1~3可知，Inconel625鑄錠由邊緣往心部其偏析程度明顯增加。物理化學(xué)相分析表明，在鑄錠邊緣試樣中的第二相主要是Ti(C,N)夾雜以及由于枝晶偏析形成的NbC相，其中部分Ti(C,N)相以鎂鋁尖晶石為核心形核長大，如圖4所示；而在鑄錠R/2和鑄錠中心處的主要第二相為NbC相和Laves相。EDS分析顯示三種相的成分如表2所示。其中Ti(C,N)的組成式大致為(Nb0.18Ti0.77Cr0.03Ni0.02)(C,N),而NbC的組成式為(Nb0.84Ti0.08Cr0.03Ni0.05)C。Ti(C,N)和NbC兩相都是面心立方結(jié)構(gòu)，其中Ti(C,N)形成溫度較高，一般在液態(tài)合金中就形成了；而NbC則是在凝固過程中由于偏析而形成的非平衡相。從組成上來看，Ti(C,N)中Ti含量的原子分?jǐn)?shù)超過3/4,Nb含量僅占1/5;而在NbC中Nb的金屬原子分?jǐn)?shù)約為4/5,Ti原子則占不到1/10。二者在微觀形態(tài)上也具有較明顯區(qū)別，其中Ti(C,N)的形狀為較規(guī)則的方塊字形狀，而NbC在偏析過程中呈現(xiàn)深色條狀或塊狀，如圖5所示。Laves相主要由Ni,Cr,Mo,Nb等元素組成，在光學(xué)顯微鏡下，它呈白色塊狀。

在掃描電鏡下還可以看到在Laves相附近有大量針狀相和球狀相，如圖6所示。經(jīng)透射電鏡分析表明，針狀相為有序正交結(jié)構(gòu)的δ-Ni?Nb相，而球狀相為有序體心四方結(jié)構(gòu)γ"-Ni?Nb相，如圖6所示。由于Inconel625合金中Nb、Mo含量較高，在凝固后期的液相中除發(fā)生L→(γ+Laves)反應(yīng)外，在剩余液體中由于Ni、Mo、Nb等元素高濃度富集，有利于δ-Ni?Nb和γ"-Ni?Nb相的形核與長大，從而形成δ相和γ”相。這與Inconel718合金鑄錠中所觀察到的結(jié)果是一致的

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2.2均勻化熱處理鑄錠組織性能的影響

對Inconel625合金鑄錠試樣的DSC分析表明，合金的熔化溫度范圍為1315℃~1366℃,除了合金的熔化峰外，在DSC曲線上還有一個相對較小的峰，其放熱峰對應(yīng)溫度為1188℃,根據(jù)合金的鑄態(tài)組織可推測該峰為Laves相或NbC相的熔化峰。為確定該峰對所應(yīng)的相，另取鑄態(tài)合金金相試樣進(jìn)行1200℃,4h的固溶處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，合金中出現(xiàn)了新的Laves+γ的共晶組織，而NbC未發(fā)生變化，如圖9所示。這說明Laves相在此溫度下已經(jīng)初熔，因此DSC曲線中1188℃所對應(yīng)的是Laves相的熔化峰溫度。而NbC峰不明顯的原因可能是由于該相含量相對較小。

對合金鑄錠進(jìn)行不同溫度下保溫1h時(shí)的熱處理后，其組織如圖10所示。從圖中可以看到，相對于鑄態(tài)組織，經(jīng)900℃保溫1小時(shí)后，組織中δ相析出明顯增加，但Laves相附近的γ"相未見明顯溶解；950℃時(shí)，δ相析出量達(dá)到最大值，且呈針狀大片地析出，γ"相大量溶解；1000℃時(shí)，δ相析出較多，呈分散細(xì)長的針狀，γ"相完全溶解于基體中；1050℃時(shí)，δ相析出量較鑄態(tài)組織明顯減少；1100℃時(shí)，δ相基本溶解于基體中。上述結(jié)果表明，γ”相在鑄錠中的完全固溶溫度為1000℃,δ相的析出峰值溫度為950℃,其完全固溶溫度為1100℃。

Laves相從1100℃開始出現(xiàn)明顯的溶解，隨著固溶溫度的升高，其溶解程度增加。當(dāng)固溶溫度為1170℃,經(jīng)1h保溫后，其組織中Laves含量已經(jīng)很小。進(jìn)一步升高溫度至1185℃,合金中Laves相出現(xiàn)了初熔現(xiàn)象，經(jīng)快冷后形成了Laves+γ兩相共晶組織，表明合金鑄錠中Laves相的初熔溫度在1185℃左右，這與DSC測試結(jié)果是相符合的。

為了設(shè)計(jì)Inconel 625合金鑄錠的均勻化熱處理工藝，必須保證溫度足夠高、時(shí)間足夠長，才能使得偏析元素原子能夠充分?jǐn)U散均勻；但是初始均勻化溫度又不能高于偏析相的初熔溫度，因?yàn)楦哂谠摐囟群笃鱿嗳刍梢合?，原子在固液兩相中擴(kuò)散速率較慢，不利于偏析元素均勻化。因此，結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)實(shí)結(jié)果，對于Inconel 625合金鑄錠，可以采用兩階段的均勻化熱處理工藝：在1170℃保溫24h后，升溫至1200℃保溫26h。經(jīng)此工藝均勻化后的組織如圖11所示，可以看到經(jīng)均勻處理后，合金中的Laves相已完全溶解，組織中均有一次MC相Ti(C,N),以及少量NbC相。

均勻化前后合金的力學(xué)性能如圖12所示，由圖中可以看到，經(jīng)均勻化后合金的強(qiáng)度較鑄態(tài)組織出現(xiàn)了顯著下降，而塑性和韌性出現(xiàn)了大幅的提高。其延伸率達(dá)到63%,而沖擊功達(dá)到314J。

表3為均勻化前后合金中第二相的元素組成，從圖中可以看到心部試樣經(jīng)均勻化后，其組成元素中的Ni、Cr、Mo、Nb等元素含量與鑄錠邊緣試樣相當(dāng)，這表明經(jīng)均勻化后合金元素得到了充分?jǐn)U散，因此所設(shè)計(jì)的熱處理工藝可以使合金鑄錠充分的均勻化。

4?結(jié)論

(1)530mm Inconel625合金鑄錠組織中所包含的第二相有Ti(C,N),NbC,Laves,δ,γ”等；

(2)Inconel 625合金鑄錠的熔化溫度范圍在1315℃~1366℃。γ”相在鑄錠中的完全固溶溫度為1000℃,δ相的析出峰值溫度為950℃,其完全固溶溫度為1100℃,Laves相的初熔溫度約為1185℃;

(3)均勻化熱處理可有效提高625合金鑄錠的塑、韌性，同時(shí)降低其強(qiáng)度。對⑦530mm Inconel625合金鑄錠的一種合理均勻化熱處理工藝為：1170℃保溫24h后，升溫至1200℃保溫26h。