直接时效对磷微合金化GH2761镍基合金组织的影响
CH2761合金是一种Fe-Ni-Cr基变形高温合金，具有屈服强度高、综合性能优异、组织稳定等显著优点，可在700~750℃使用。合金标准热处理后的平均晶粒度一般为ASTM3级左右，如果通过细化晶粒组织，可以有效地提高合金的拉伸强度以及塑性和韧性，但持久和蠕变性能将有所降低。近年来的研究表明，适量的磷可以使CH2761等变形高温合金的持久寿命成倍提高，并显著降低这些合金的稳态蠕变速率，在最佳含量时对合金的其他性能无有害影响。采用微合金化与细晶处理相结合的方法，通过细晶强化提高合金的屈服强度和塑性，通过磷徼合金强化来补偿由于细晶处理造成的持久寿命损失，提高了合金的综合性能。就此本文研究了可细化晶粒的直接时效处理工艺对磷微合金化的GH2761合金组织的影响。
1实验方法
实验选用优质原材料，在真空感应炉内熔炼成10kg的合金锭，化学成分（质量分数,%）为:Ni44.27、Cr13.06、W3.15、Mo1.66、Al1.63、Ti3.36、P0.0007,B0.005,C0.046,Si0.079,Fe余量。在熔炼过程中加入一定量的磷，分析成分为W(P)=0.023%。合金锭经1120℃x12h的均匀化处理，然后用750kg空气锤经过三火锻成30m方坯，锻造加热温度为1120℃，终锻温度在950℃以上;锻坯在1120℃经一火轧制成Φ16mm的棒材。
合金的标准热处理制度为:1120℃x2b/WC+850℃x4h/AC+750℃x24h/AC。为了获得细晶组织,对轧棒进行直接时效处理。一次时效温度分别选用780、800、830、850、870和950℃，均保温4h;二次时效温度均采用720℃，保温24h。合金经选定的直接时效处理制度处理后，再经70℃/1000h长期时效。用金相显徵镜、扫描电镜、透射电镜和能谱分析等手段分析合金的组织。
2实验结果
2.1对金相组织的影响
合金经标准热处理后,其平均晶粒直径约为110μm。直接时效合金在光学显微镜下观察发现，不同一次时效温度（780~950℃)对合金的晶粒组织没有明显影响。如图1所示，合金在最低和最高的一次时效温度下均为均匀细小的再结晶组织，平均晶粒直径约为10μm。因此，通过控制热处理工艺和采用直接时效热处理制度可以获得合金细晶组织。
2.2对相的影响
一次时效温度影响合金γ’相的尺寸和数量。如图2所示，随着一次时效湿度的提高，合金中的大颗粒相尺寸明显增大。一次时效温度为780℃时，合金中两种不同尺寸的γ’相颗粒相差较小，大颗粒尺寸为25~35nm;一次时效温度为830℃时，合金中相尺寸稍有增加，大颗粒为45~55nm，大小γ’相颗粒较均匀地分布;一次时效温度为870℃时，γ’相显著长大，小市相明显减少，大γ’颗粒长大到61~74nm，相的总数量也有所减少，间距也增大;当一次时效温度达到950℃时，大γ’颗粒长大到89~106nm，其间还分布一些细小的γ’相颗粒。从图2还可以看出、随着一次时效温度的提高，大尺寸的颗粒在长大的同时，其间距也明显增加。
2.3对晶界析出相的影响
一次时效温度也影响合金晶界相的析出及其分布形态。如图3a所示，一次时效温度为780℃时，细小的强化相沿晶界弥散分布，能谱分析表明（见图3b)，析出相主要是碳化物，也包含部分硼化物;一次时效温度为830℃时，晶界析出相较多（见图4a)，且析出相颗粒沿晶界较均匀、分散地排列(见图4b);当一次时效温度高于850℃(850~950℃)时，晶界析出相明显减少，且晶界相分布也不均匀（见图5a)，局部晶界观察到较大的析出相，局部晶界没有析出相（见图5b)。
2.4长期时效组织的演化
合金经830℃x4h/AC+720℃x24h/AC直接时效处理后，再经700℃x1000h长期时效，其γ'相的形貌和尺寸没有明显变化。与图2b相比，长期时效后合金中的γ'相没有明显长大的趋势，呈细小球形，均匀弥散分布。这说明细晶合金中的γ'相在700℃时具有良好的热稳定性。直接时效细晶合金经长期时效后，晶界析出相形貌如图6所示。大部分晶界上析出相较多，且析出相仍呈颗粒状排列〔见图6a)，一部分晶界析出相呈板条状，较少区域有连接成串的趋势（见图6b)。
3讨论
合金晶内γ'相和晶界析出物的配合状态直接影响合金的持久寿命。密集而均匀的'相析出状态对晶内的强化效果最好。良好的晶界析出状态不仅能提高晶界强度，而且还能有效地降低元素沿晶界扩散的速率，从而降低合金的蠕变速率，有利于稳定和提高合金的持久和蠕变性能。一次时效温度为780~830℃时,晶内γ'相呈细小弥散分布，晶界析出相也较均匀、分散地排列于晶界。一次时效温度为830℃时，γ'相和晶界强化相析出状态的良好配合保证了合金具有最长的持久寿命;当一次时效温度高于850℃时，合金晶内的γ强化相明显长大，且其间距也在增加，同时晶界析出状态恶化，晶界有较大块的析出相出现，局部晶界上的析出相明显减少，分布不均匀。晶内和晶界强化相析出状态的恶化导致合金的持久寿命急剧降低。磷微合金化GH2761合金经标准热处理后的组织有较好的晶界析出状态，能显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时效(830℃x4h/AC+720℃×24hAC)组织也有较好的晶界析出状态，且长期时效（700℃x1000h)后，晶内'相没有明显变化，晶界强化相析出增多，但大部分仍然呈颗粒状排列。表明细晶GH2761合金组织在700℃时具有较好的热稳定性。
4结论
(1)通过控制磷微合金化GH2761合金的热加工工艺，采用直接时效处理制度，可以获得细晶组织。并且一次时效温度在780~950℃范围内变化时，对合金晶粒组织没有明显影响。
(2)一次时效温度为780~830℃时，合金晶内γ'相和晶界强化相的析出状态较好。当一次时效温度为830℃时，晶内和晶界析出状态配合最佳。一次时效温度高于850℃时，合金晶内γ相和晶界强化相析出状态明显恶化。
(3)经830℃x4h/AC+720℃x24h/AC直接时效的合金，其组织在700℃时具有较好的热稳定性。
