热处理对一种镍基高温合金组织和持久性能的影响

　　本实验所用材料是一种镍基沉淀强化型高温合金，具有初熔温度高、抗氧化性能好、低密度、低成本且铸造性能好的特点。因此是航空发动机导向叶片等部件的理想材料，也可用于燃气轮机、核工程等领域。该合金的主要不足是高温强度略低，虽高于目前使用的导向叶片材料DZ40M，但高温强度仍有不足。影响高温合金的高温强度的主要因素有固溶强化、沉淀强化、第二相强化和晶界强化等。对沉淀强化型高温合金，沉淀强化是最重要的强化方式，沉淀强化因素又取决于其中γ'相的数量和大小[1-4]。因此，可以通过适当的热处理来调整γ'相的数量和大小，使合金能达到要求的强度和塑性。 热处理对晶界上的第二相形态也有明显影响， 也会影响最终的性能。高温合金的热处理可分为两步，第一步为固溶处理，加热到γ'溶解线以上，主要作用是将γ'相全部或部分固溶，并最大限度地减少(γ/γ')共晶的含量[5];另一作用是降低合金元素的偏析程度[6-7]。第二步为时效处理，要从过饱和的固溶体中析出γ'，以提高高温合金的高温强度[8]。根据具体合金的不同，时效处理可以分为多级时效，以控制γ'相的大小和数量。本合金是近年来新开发的合金，缺乏对其热处理制度的研究。本文将研究几种热处理制度对该合金组织和高温持久性能的影响，为该合金选择合适的热处理制度提供依据。

　　1 实验材料与方法

　　实验合金的名义成分(质量分数，%)为0.05C，9Cr，5Co，6Al，3.5W，2.2Nb，0.03Y，3Mo，0.005B，Ni余量。母合金先在500kg的ALD真空感应炉熔炼制备，然后切成质量为4.5kg的锭子，再在10kg真空感应炉中重熔并浇铸成试验用的试棒，浇铸温度1450℃。试验所采取的热处理方案为3种，分别是：先在1220℃固溶4h，空冷，1150℃高温时效4h，空冷，最后870℃时效24h，记为工艺A;1220℃固溶4h，空冷，870℃时效24h，记为工艺B;不经过固溶处理，直接在1100℃时效4h，记为工艺C。热处理采用箱式炉，按照试验组合方案进行热处理后，分别进行组织观察和力学性能测试。金相试样的腐蚀液为100mLHCl+10gCuSO₄+ 80mLH₂O+20mLH₂SO₄+少许甘油。为了更清楚地观察γ'的形貌，排除γ的干扰，采取了电解蚀刻的方法，突出显示γ'。电解液为10mLHNO₃+20mLCH₃COOH+170mLH₂O，电解电压为5V，电解蚀刻后，将试样放入酒精中，用超声波清洗样品表面后吹干。采用电化学电解萃取的办法提取合金中的微量相，萃取制度为：萃取的电解液为50mLHCl+100mL甘油+1050mLCH₃OH，电解电流0.07A/cm²，电解温度(0±5)℃，反复萃取。应用JSM6480扫描电镜和LeicaMEF4M金相显微镜来观察合金的金相组织。采用扫描电镜上选配的INCAEDS能谱仪来定性测量微量相的成分。在F-25型持久试验机上进行1100℃/40MPa的持久试验，所得持久寿命是两个试样的平均值。