GH2132簡(jiǎn)介：

該合金是Fe-25Ni-15Cr基高溫合金，加入鉬、鈦、鋁、釩及微量硼綜合強(qiáng)化。在650℃以下具有高的屈服強(qiáng)度和持久、蠕變強(qiáng)度，并且具有較好的加工塑性和滿意的焊接性能。適合制造在650℃以下長期工作的航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫承力部件

前言

GH2132合金是一種25Ni-15Cr-Fe基變形高溫合金，主要用作650℃下的渦輪盤和緊固件，其含有Ti、Al和其他微量合金元素，主要通過時(shí)效析出γ'相Ni?(Ti,Al)來強(qiáng)化[1]，該合金的主要特征是在工作溫度和室溫都表現(xiàn)出相似的力學(xué)性能，是由穩(wěn)定的流變應(yīng)力決定的，同時(shí)由于Cr的存在，有良好的抗腐蝕性能[2]。

1?實(shí)驗(yàn)材料和方法

用于此實(shí)驗(yàn)的GH2132合金是經(jīng)真空感應(yīng)爐和電渣重熔冶煉的，其化學(xué)成分見表1[3]。

來百度APP暢享高清圖片

GH2132合金在1080℃保溫均勻化后，經(jīng)熱軋機(jī)由φ37mm軋到φ9.5mm,空冷；然后把φ9.5mm的盤條在950℃固溶1.5h后油冷，接著把冷卻后的盤條在冷拔機(jī)上經(jīng)過以下6個(gè)道次拉拔到φ4.45mm,為防止晶粒的異常長大，冷變形量必須超過

6%,具體冷拔道次如下：φ9.50→φ7.78→φ7.08→φ6.28→φ5.58→φ4.99 →φ4.45。

φ4.45mm絲被切成200mm的長條后放入馬弗爐進(jìn)行不同方式的熱處理，熱處理后經(jīng)打磨、拋光在AG-100KNG拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行性能測(cè)試。熱處理后的合金顯微組織都在掃描電鏡下觀察，掃描前所有的樣品經(jīng)機(jī)械拋光，然后用1.5gCuSO?+40mLHCl和20mLCH?COOH腐蝕液來觀察微觀組織的晶粒度，γ'的大小和分布。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1單一固溶的影響

單一固溶對(duì)此合金的拉伸性能影響不大，如表2所示，即固溶時(shí)間從1h延長到3h,抗拉強(qiáng)度 和屈服強(qiáng)度σo?都沒有顯著變化，基本保持在700MPa和300MPa,GH2132合金在固溶態(tài)具有良好的塑性，伸長率δ和面收縮率ψ分別在39%～44%和68%～71%,隨固溶時(shí)間的延長，伸長率和面收縮率盡管有輕微的下降，但可認(rèn)為塑性基本不隨固溶時(shí)間的延長而發(fā)生變化。由于GH2132合金主要是由γ相析出沉淀強(qiáng)化，固溶后析出相和各種強(qiáng)化元素都回到γ奧氏體基體中，沒有第二相的沉淀強(qiáng)化作用，單一的奧氏體基體表現(xiàn)出低強(qiáng)度高塑性的特點(diǎn)。

2.2時(shí)效對(duì)固溶的作用

GH2132合金在表2固溶的基礎(chǔ)上進(jìn)行710℃×16h時(shí)效處理后的拉伸性能結(jié)果見表3。通過對(duì)比可以看出，在各固溶時(shí)間下，時(shí)效能在固溶的基礎(chǔ)上將σ由700MPa提高到1200MPa,σo?由300 MPa提高到700MPa,但時(shí)效態(tài)塑性相對(duì)固溶態(tài)來說大幅度下降，δ由40%下降到24%,ψ由70%下降到40%。這主要是由于時(shí)效能使固溶態(tài)的奧氏體析出第二相γ相，起沉淀強(qiáng)化的作用，以切割機(jī)制阻止變形時(shí)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，一方面有利于強(qiáng)度的提高；但另一方面會(huì)降低塑性，因此顯示出時(shí)效后強(qiáng)度升高，塑性下降的現(xiàn)象。

與固溶態(tài)拉伸性能幾乎不隨固溶時(shí)間的影響截然不同，時(shí)效態(tài)拉伸性能隨固溶時(shí)間的延長(從1～3h),抗拉強(qiáng)度逐漸提高，屈服強(qiáng)度逐漸降低，伸長率和面收縮率也有少量上升。

抗拉強(qiáng)度隨固溶時(shí)間延長逐漸提高，是由于固溶時(shí)間的延長，促使固溶處理越充分，固溶時(shí)把含有Ni、Ti、Al的各種碳化物、氮化物或其他含有這些元素的相重新溶入合金里，為時(shí)效析出提供足夠充分的Ni、Ti、Al元素，為析出數(shù)量更多的γ'相Ni?(Ti,Al),如圖1所示，γ相以切割機(jī)制或繞過機(jī)制阻止變形時(shí)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，促使合金得到強(qiáng)化。因此，固溶時(shí)間越長，析出相越多，GH2132合金強(qiáng)化程度越大，即抗拉強(qiáng)度越高。

但γ相析出數(shù)量的增加是不利于塑性的，因此γ相析出增加的同時(shí)，會(huì)有回復(fù)和再結(jié)晶軟化機(jī)制，隨固溶時(shí)間的延長，回復(fù)和再結(jié)晶也逐漸充分，正如圖1(c)中晶粒表現(xiàn)出均勻性最好。

因此，隨固溶時(shí)間的延長，γ'相析出強(qiáng)化與回復(fù)和再結(jié)晶軟化機(jī)制是同時(shí)進(jìn)行的，在強(qiáng)化作用方面，γ相對(duì)強(qiáng)度的增加大于回復(fù)和再結(jié)晶的軟化；在塑性方面，γ'相對(duì)塑性的減弱作用小于回復(fù)和再結(jié)晶的增加作用，通過這兩種機(jī)制的雙重作用，使合金強(qiáng)度和塑性都得到提高，最終達(dá)到良好的綜合性能。

2.3不同時(shí)效制度的影響

GH2132合金經(jīng)過900℃固溶1.5h后進(jìn)行不同的時(shí)效處理，其拉伸性能如表4所示?？煽闯?，低溫二級(jí)時(shí)效(720℃×16h+660℃×16h)最有利于此合金的拉伸性能，能將其抗拉強(qiáng)度提高到1240MPa,高溫二級(jí)時(shí)效(760℃×16h+700℃×16h)最不利于此合金的拉伸性能，其抗拉強(qiáng)度僅為1130MPa,一級(jí)時(shí)效性能居中，并隨時(shí)效溫度的降低，抗拉強(qiáng)度有上升的趨勢(shì)。

由GH2132合金的熱處理可知四，冷變形后合金的織構(gòu)穩(wěn)定性變差，二級(jí)時(shí)效比一級(jí)時(shí)效更有利于合金性能的穩(wěn)定，第一次時(shí)效應(yīng)在比通常采用的時(shí)效溫度較高的溫度下進(jìn)行，隨后在比通常時(shí)效溫度較低的溫度下進(jìn)行第二次時(shí)效。第一次時(shí)效可使析出相γ'聚集長大，并逐漸顆?；?，從而使合金的塑性、韌性得到提高，缺口的敏感性下降。然后在低的溫度下進(jìn)行第二次時(shí)效，增加γ'相的析出量，并改善其分布，使合金的屈服強(qiáng)度得到提高。故低溫二級(jí)時(shí)能使合金得到最高的抗拉強(qiáng)度1240MPa和屈服強(qiáng)度815MPa,而且伸長率和面收縮率良好的綜合性能。正如圖2(e)所示，析出相由大顆粒的γ'相和彌散細(xì)小的γ相綜合組成，保證合金具有良好的綜合性能。

但高溫二級(jí)時(shí)效卻使合金的抗拉強(qiáng)度最低，這是由于其時(shí)效溫度太高，析出了尺寸較大而且數(shù)量較多的碳化物M?C?,正符合文獻(xiàn)[8]的報(bào)道。如圖2(d)、(f)所示，碳化物會(huì)降低晶界強(qiáng)度和減小強(qiáng)化相γ相的析出，從而使合金的抗拉強(qiáng)度降低。

一級(jí)時(shí)效隨著時(shí)效溫度的降低抗拉強(qiáng)度逐漸變高，屈服強(qiáng)度逐漸降低，伸長率和面收縮率基本保持不變，分別在24%和38%左右?？估瓘?qiáng)度的提高，說明合金在700℃時(shí)效比高溫時(shí)效有更大的強(qiáng)化作用。冷變形后合金內(nèi)部聚集畸變能，能促進(jìn)時(shí)效γ'相的析出，時(shí)效溫度比一般時(shí)效溫度要低點(diǎn)，當(dāng)時(shí)效溫度較高時(shí)，合金原子的擴(kuò)散要快，更易析出，且析出相尺寸大，易偏聚，正如圖2(a)、(b)所示，因此較低的時(shí)效溫度比高的時(shí)效溫度更易析出彌散細(xì)小的γ相，從而使強(qiáng)化作用增加。

2.4直接時(shí)效的影響

冷變形后的GH2132合金直接時(shí)效后的拉伸性能如表5所示。時(shí)效溫度為600～700℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度逐漸減小，分別從1650、1560MPa降低到1330、1150MPa,伸長率和斷面收縮率逐漸升高，分別由4%和19%上升到13%和24%。

由此可見，經(jīng)過冷變形的合金，由于冷變形加速了γ相的沉淀，采用較低的時(shí)效溫度就能使GH2132合金得到最大的強(qiáng)化效果，與50%冷變形量GH2132合金在600℃時(shí)效可以達(dá)到最大硬度切一致。雖然時(shí)效溫度越低，GH2132合金的強(qiáng)化效果越顯著，但與此同時(shí)，塑性也越差，可見直接時(shí)效溫度對(duì)此合金性能有著雙重影響，在促使強(qiáng)度提高的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致塑性的下降。合金時(shí)效時(shí)的強(qiáng)化和軟化作用是由兩個(gè)因素決定的：γ相的析出尺寸和數(shù)量，回復(fù)后的晶粒和亞結(jié)構(gòu)。

時(shí)效溫度較低時(shí)，析出均勻細(xì)小且數(shù)量較多的γ'相，如圖3(a)所示，隨時(shí)效溫度的升高，γ相逐漸變大，顆粒數(shù)量變少，如圖3(b)～(f)。這主要是由于時(shí)效過程中，合金原子通過空位等缺陷擴(kuò)散并形核，時(shí)效溫度越高，溶質(zhì)原子擴(kuò)散越快，析出相長大所需時(shí)間越短，溶質(zhì)原子析出時(shí)易聚集，越有利于析出長大，故最終導(dǎo)致析出相顆粒比較大，數(shù)量少。較大較少的γ'相會(huì)使合金的強(qiáng)化作用降低，塑性上升，

時(shí)效溫度對(duì)亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化作用的影響與γ'相一致。亞結(jié)構(gòu)是合金經(jīng)過冷變形后導(dǎo)入了大量的位錯(cuò)，隨后時(shí)效時(shí)，奧氏體基體中發(fā)生回復(fù)而形成了亞晶組織網(wǎng)。時(shí)效溫度較低時(shí)，奧氏體基體回復(fù)較小，仍保留了大量的亞結(jié)構(gòu)和變形了的晶粒，隨時(shí)效溫度的升高，奧氏體基體發(fā)生的回復(fù)越來越大，亞結(jié)構(gòu)隨著多邊化等回復(fù)過程而逐漸消失，晶粒也逐漸回復(fù)，如圖3所示。亞結(jié)構(gòu)的消失和晶粒的等軸化也會(huì)使強(qiáng)度降低，塑性升高。

因此，γ相、回復(fù)后的晶粒和亞結(jié)構(gòu)都隨著時(shí)效溫度的升高，使合金的強(qiáng)化作用降低，塑性提高。從表5中可看出，680℃直接時(shí)效最有利于此合金的綜合性能。

3結(jié)論

(1)GH2132合金對(duì)單一固溶不敏感，抗拉強(qiáng)度保持在700MPa左右，屈服強(qiáng)度保持在300MPa左右，伸長率和斷面收縮率都很高，分別為40%和

70%左右。

(2)710℃時(shí)效能將固溶后的GH2132合金的抗拉強(qiáng)度提高500MPa,達(dá)到1200MPa,屈服強(qiáng)度提高400MPa,達(dá)到700MPa,但會(huì)使伸長率和斷面收縮率降低，仍然符合使用需求，分別為25%和40%左右。

(3)經(jīng)過不同冷變形后合金可以使用兩種熱處理工藝來強(qiáng)化合金，分別為固溶+時(shí)效制度和直接時(shí)效制度。固溶+時(shí)效熱處理工藝為900℃固溶2.5h油冷，720℃×16h+660℃×16h空冷，保證δ>22%時(shí)，抗拉強(qiáng)度能達(dá)到1240MPa以上，直接時(shí)效熱處理工藝為680℃直接時(shí)效，保證δ>12%時(shí)，抗拉強(qiáng)度能達(dá)到1400MPa以上。