长期时效对GH3044镍基高温合金性能的影响
1引言
GH3044合金是以W、Cr为主要强化元素的固溶强化型镍基高温合金。该合金在900℃以下具有较高的强度、良好的塑性以及较好的持久、蠕变和疲劳性能，同时还具有良好的冲压和焊接工艺性能，主要用于制造航空发动机中的主燃烧室、导向叶片和燃油导管等零部件。
时效处理使合金在基体中析出一定数量和大小的强化相，以达到合金强化的效果，它对合金的强度起决定性作用。因此本文对合金锻材长期时效热处理后的组织与性能的变化进行了研究。
2试验材料及方法
试验材料经非真空感应＋真空自耗重熔工艺冶'炼，锻造成的90mmx90mm锻材，其化学成分见表1。
进行100、300、500和1000h的长期时效处理，时效温度为400、600和800℃。对长期时效后的试样分别测定室温拉伸性能、900℃高温拉伸性能以及900℃、70MPa的持久性能，同时利用光学显微镜对组织进行了分析。
3实验结果
3.1室温瞬时拉伸性能
合金长期时效后的室温拉伸性能见图1。随着时效温度的提高和时效时间的延长，抗拉强度和屈服强度均呈上升趋势，塑性变化则正好相反，但总体的变化范围都不大。
锻材在400℃分别经过100、300、500和1000h长期时效，强化相析出较少，强度和塑性基本没有变化。而在600~800℃下，由于合金强化相进一步补充析出，导致室温拉伸强度比原始状态有一定的提高，而塑性略有下降，基本保持平稳。都达到并且超过了国内(σb≥735MPa，δ5≥40%）标准。
合金在600和800℃长期时效后的显微组织见图2。在400℃经100~1000h长期时效后，合金中的析出物较少，组织基本没有变化，因而性能变化很小。但在600和800℃下经不同时间的长期时效后，随着时间的延长合金中的析出物逐渐增加，同时在相同的固溶时间下，温度越高析出物越多，因而强度有所升高。
图3为合金锻材热处理态和经过800℃、1000h时效后的室温拉伸断口形貌图。在时效前和时效后断口上都存在大量的韧窝，断裂方式为韧性断裂，因而合金具有良好的拉伸塑性。
3.2 900℃拉伸性能
图4给出了合金锻材在400、600和800℃经过1000h长期时效后的900℃高温拉伸性能，合金在时效后，其900℃高温强度和塑性指标都保持了平稳的态势，基本上没有变化。
3.3持久性能
从图5可以看到合金锻材在400、600和800℃经过1000h的长期时效后的900℃,70MPa持久寿命及持久塑性。在400和800℃下经过1000h的长期时效后合金的持久寿命基本保持不变，在600℃下经过1000h的时效后，持久寿命明显地提高。这是因为合金经过1000h的时效后，补充析出的晶界碳化物形貌和数量对延续900℃、70MPa下的持久寿命更为有利，持久强度提高了，但塑性略有下降。
4讨论
GH3044合金在正常热处理状态下，有少量的M,C,和微量的TiN析出。在400℃长期时效后合金的组织变化不大，其力学性能也基本没有变化。在600℃时效后，合金组织发生明显变化，随着时效时间的延长，合金中颗粒状的析出相数量增多，特别是富W的α相（WNiCr）和β相（Ni,W,Cr,)的数量明显增多，孪晶数量明显减少。经800℃时效后合金中的颗粒状析出相比在600℃下，相同时效时间的析出数量有明显的增加。在晶界上MnC相呈链状分布，时效1000h后，晶界上局部的MC相已连成一线，由于碳化物相的补充析出，使得强度有所提高，但塑性随之下降。在时效前和时效后合金断口上都存在大量的韧窝，合金的断裂方式为韧性断裂。在不同温度下经过不同时间的时效后，合金900℃拉伸以及持久断口都具有相似的断裂特征，在基体晶界上出现许多的空洞。由于合金在高温下晶界比晶内的强度低，裂纹在晶界上萌生和扩展。
5结论
(1）锻材在400℃分别经过100~1000h时效，强化相析出较少，强度和塑性基本没变化;
(2)在600和800℃下长期时效后，强化相析出较多，强度有所提高，塑性略有下降;
(3）合金锻材组织和力学性能稳定，满足国内外技术标准的要求，可在800℃以下、1000h以内长期使用。
