固溶处理对热等静压Inconel625合金组织与拉伸性能的影响

　　Inconel 625合金是以Mo、Nb为主要强化元素的固溶强化镍基变形合金，在650℃以下具有良好的持久性能、疲劳性能及抗氧化和抗腐蚀性能，从低温到1050℃温度范围内具有良好的强度和韧性，广泛应用于航空航天和化工等行业[1]。Inconel 625合金传统铸锻工艺存在宏观成分偏析和材料利用率低的缺点，粉末冶金方法可有效克服上述缺点。粉末热等静压(Hot isostatic pressing，HIP)可获得锻件的优异性能，且材料利用率高，用于近净成形复杂高性能零件，具有良好发展潜力[2]。本课题组前期通过热等静压Inconel 625合金粉末，获得了近全致密、组织均匀复杂零件[3]。然而，热等静压Inconel 625合金粉末时，容易形成原始颗粒边界，对性能造成不利影响[4]。张义文等人对热等静压镍基高温合金采用高温固溶处理，可消除原始颗粒边界，改善持久性能[5]。王敬忠等人对 G3镍基合金固溶处理，随着固溶处理温度升高，晶粒尺寸逐渐增大，当固溶温度超过1150℃时，晶粒有快速长大的倾向[6]。Appa Rao G等人对热等静压Inconel 718合金进行高温固溶处理，使得MC型碳化物溶解破坏原始颗粒边界，强化粒子间键合，改进合金塑性和持久性能[7]。但国内外对Inconel 625合金热等静压和固溶处理研究较少。郭岩等人对Inconel 625合金在760℃实施时效处理，显著改善了合金强度，但塑性却显著下降[8-9]。为此，本研究设计多组固溶处理工艺，研究固溶处理对热等静压Inconel 625合金组织与拉伸性能的影响规律，探索合理后处理工艺，以改善热等静压Inconel625合金性能。

　　1 试验材料与方法

　　试验采用氩气雾化Inconel 625合金粉末，化学成分如表1所示。粉末呈规则球状，如图1所示，粉末平均粒度为25μm左右。

　　首先，将粉末装入直径15mm、高90mm、壁厚2mm的45钢圆筒包套中，经振实初装密度达67% 然后，经650℃加热抽真空至1×10-3Pa，采用氩弧焊封焊包套; 最后，采用美国ABB公司QIH-15型热等静压设备对包套实施压制，工艺参数为1200℃×120MPa×3h，如图2所示。

　　采用电火花线切割将热等静压致密Inconel 625合金制件切割成截面2mm×5mm、标距25mm的拉伸试样。表面打磨抛光后按表2所示工艺实施固溶处理。采用荷兰FEI公司Quanta 200型电子显微镜(SEM)观测微观组织，应用能谱分析仪(EDS)分析组织成分，由布氏硬度计测量硬度。采用Zwick/Roell Z010型试验机进行室温拉伸试验，拉伸速率2mm/min，由电镜表征断口形貌。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 固溶温度对组织性能的影响

　　HIP致密Inconel 625合金中容易形成原始颗粒边界(Prior particle boundary，PPB)[3]。图3(a)为HIP致密Inconel 625合金微观形貌，存在大量不同尺度的链状和块状颗粒物，其中，链状颗粒物即组成PPB。一般来说，PPB主要由碳化物、大尺寸δ相和少量氧化物或碳氧化物组成，各相具体含量与粉末制备工艺和合金成分有关[4，7，10]。碳化物主要在热等静压冷却过程中形成，尺寸为0.5～2μm。热等静压采用炉冷，1000～700℃停留时间较长，正好是各类碳化物析出的敏感温度[1]。这相当于短期的时效处理，导致碳化物的析出。