上海雄鋼特種合金有限公司

CH2761合金是一種Fe-Ni-Cr基變形高溫合金，具有屈服強度高、綜合性能優(yōu)異、組織穩(wěn)定等顯著優(yōu)點，可在700~750℃使用。合金標準熱處理后的平均晶粒度一般為ASTM3級左右，如果通過細化晶粒組織，可以有效地提高合金的拉伸強度以及塑性和韌性，但持久和蠕變性能將有所降低。近年來的研究表明，適量的磷可以使CH2761等變形高溫合金的持久壽命成倍提高，并顯著降低這些合金的穩(wěn)態(tài)蠕變速率，在最佳含量時對合金的其他性能無有害影響。采用微合金化與細晶處理相結(jié)合的方法，通過細晶強化提高合金的屈服強度和塑性，通過磷徼合金強化來補償由于細晶處理造成的持久壽命損失，提高了合金的綜合性能。就此本文研究了可細化晶粒的直接時效處理工藝對磷微合金化的GH2761合金組織的影響。

1實驗方法

實驗選用優(yōu)質(zhì)原材料，在真空感應爐內(nèi)熔煉成10kg的合金錠，化學成分（質(zhì)量分數(shù),%）為:Ni44.27、Cr13.06、W3.15、Mo1.66、Al1.63、Ti3.36、P0.0007,B0.005,C0.046,Si0.079,Fe余量。在熔煉過程中加入一定量的磷，分析成分為W(P)=0.023%。合金錠經(jīng)1120℃x12h的均勻化處理，然后用750kg空氣錘經(jīng)過三火鍛成30m方坯，鍛造加熱溫度為1120℃，終鍛溫度在950℃以上;鍛坯在1120℃經(jīng)一火軋制成Φ16mm的棒材。

合金的標準熱處理制度為:1120℃x2b/WC+850℃x4h/AC+750℃x24h/AC。為了獲得細晶組織,對軋棒進行直接時效處理。一次時效溫度分別選用780、800、830、850、870和950℃，均保溫4h;二次時效溫度均采用720℃，保溫24h。合金經(jīng)選定的直接時效處理制度處理后，再經(jīng)70℃/1000h長期時效。用金相顯徵鏡、掃描電鏡、透射電鏡和能譜分析等手段分析合金的組織。

2實驗結(jié)果

2.1對金相組織的影響

合金經(jīng)標準熱處理后,其平均晶粒直徑約為110μm。直接時效合金在光學顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，不同一次時效溫度（780~950℃)對合金的晶粒組織沒有明顯影響。如圖1所示，合金在最低和最高的一次時效溫度下均為均勻細小的再結(jié)晶組織，平均晶粒直徑約為10μm。因此，通過控制熱處理工藝和采用直接時效熱處理制度可以獲得合金細晶組織。

2.2對相的影響

一次時效溫度影響合金γ’相的尺寸和數(shù)量。如圖2所示，隨著一次時效濕度的提高，合金中的大顆粒相尺寸明顯增大。一次時效溫度為780℃時，合金中兩種不同尺寸的γ’相顆粒相差較小，大顆粒尺寸為25~35nm;一次時效溫度為830℃時，合金中相尺寸稍有增加，大顆粒為45~55nm，大小γ’相顆粒較均勻地分布;一次時效溫度為870℃時，γ’相顯著長大，小市相明顯減少，大γ’顆粒長大到61~74nm，相的總數(shù)量也有所減少，間距也增大;當一次時效溫度達到950℃時，大γ’顆粒長大到89~106nm，其間還分布一些細小的γ’相顆粒。從圖2還可以看出、隨著一次時效溫度的提高，大尺寸的顆粒在長大的同時，其間距也明顯增加。

2.3對晶界析出相的影響

一次時效溫度也影響合金晶界相的析出及其分布形態(tài)。如圖3a所示，一次時效溫度為780℃時，細小的強化相沿晶界彌散分布，能譜分析表明（見圖3b)，析出相主要是碳化物，也包含部分硼化物;一次時效溫度為830℃時，晶界析出相較多（見圖4a)，且析出相顆粒沿晶界較均勻、分散地排列(見圖4b);當一次時效溫度高于850℃(850~950℃)時，晶界析出相明顯減少，且晶界相分布也不均勻（見圖5a)，局部晶界觀察到較大的析出相，局部晶界沒有析出相（見圖5b)。

2.4長期時效組織的演化

合金經(jīng)830℃x4h/AC+720℃x24h/AC直接時效處理后，再經(jīng)700℃x1000h長期時效，其γ'相的形貌和尺寸沒有明顯變化。與圖2b相比，長期時效后合金中的γ'相沒有明顯長大的趨勢，呈細小球形，均勻彌散分布。這說明細晶合金中的γ'相在700℃時具有良好的熱穩(wěn)定性。直接時效細晶合金經(jīng)長期時效后，晶界析出相形貌如圖6所示。大部分晶界上析出相較多，且析出相仍呈顆粒狀排列〔見圖6a)，一部分晶界析出相呈板條狀，較少區(qū)域有連接成串的趨勢（見圖6b)。

3討論

合金晶內(nèi)γ'相和晶界析出物的配合狀態(tài)直接影響合金的持久壽命。密集而均勻的'相析出狀態(tài)對晶內(nèi)的強化效果最好。良好的晶界析出狀態(tài)不僅能提高晶界強度，而且還能有效地降低元素沿晶界擴散的速率，從而降低合金的蠕變速率，有利于穩(wěn)定和提高合金的持久和蠕變性能。一次時效溫度為780~830℃時,晶內(nèi)γ'相呈細小彌散分布，晶界析出相也較均勻、分散地排列于晶界。一次時效溫度為830℃時，γ'相和晶界強化相析出狀態(tài)的良好配合保證了合金具有最長的持久壽命;當一次時效溫度高于850℃時，合金晶內(nèi)的γ強化相明顯長大，且其間距也在增加，同時晶界析出狀態(tài)惡化，晶界有較大塊的析出相出現(xiàn)，局部晶界上的析出相明顯減少，分布不均勻。晶內(nèi)和晶界強化相析出狀態(tài)的惡化導致合金的持久壽命急劇降低。磷微合金化GH2761合金經(jīng)標準熱處理后的組織有較好的晶界析出狀態(tài)，能顯著改善合金的持久性能”。

以上的分析表明，磷微合金化合金的直接時效(830℃x4h/AC+720℃×24hAC)組織也有較好的晶界析出狀態(tài)，且長期時效（700℃x1000h)后，晶內(nèi)'相沒有明顯變化，晶界強化相析出增多，但大部分仍然呈顆粒狀排列。表明細晶GH2761合金組織在700℃時具有較好的熱穩(wěn)定性。

4結(jié)論

(1)通過控制磷微合金化GH2761合金的熱加工工藝，采用直接時效處理制度，可以獲得細晶組織。并且一次時效溫度在780~950℃范圍內(nèi)變化時，對合金晶粒組織沒有明顯影響。

(2)一次時效溫度為780~830℃時，合金晶內(nèi)γ'相和晶界強化相的析出狀態(tài)較好。當一次時效溫度為830℃時，晶內(nèi)和晶界析出狀態(tài)配合最佳。一次時效溫度高于850℃時，合金晶內(nèi)γ相和晶界強化相析出狀態(tài)明顯惡化。

(3)經(jīng)830℃x4h/AC+720℃x24h/AC直接時效的合金，其組織在700℃時具有較好的熱穩(wěn)定性。