(inconel718）是什么合金材料你知道吗！
1.概述
镍基合金Inconel718(相当于中国的GH169)[1]是一种时效硬化的Ni- Cr- Fe基高温合金[2]。在20世纪50年代后期开始研发，早期的应用研究则归属于美国通用电气公司，主要被用于飞机的涡轮盘材料。20世纪60年代至70年代初期，合金的研究主要集中在合全元素的作用及试图了解冶炼、热加工及热处理过程中出现复杂析出相的特征及对力学性能的影响。20世纪80年代以来，研究工作则侧重于析出相的析出规律、长大动力学及强化机制等]。该合金在高温、应力、腐蚀介质环境下具有良好的力学性能和耐蚀性[4]。但组织对其耐蚀性能的影响以及合金在高温高压H₂S/CO₂介质中耐蚀性的研究还处于初始阶段。本工作研究了不同固溶温度和时效处理对Inconel718镍基合金微观组织、力学性能及耐蚀性能的影响。
1 试验材料及方法
1.1 试验材料
本实验所采用的材料为锻造的Inconel718镍基高温合金。Inconel718合金的化学成分如表1所示。
1.2试验方法
1.2.1 热处理设备及工艺 热处理炉型号为RJX-8-13的箱式电阻炉。
热处理工艺为：
(1)固溶处理：温度为940,960,980,1000 ℃,保温时间1h,空冷。
(2)时效处理：720 ℃保温8h后经50 ℃h冷却到620 ℃保温8h,空冷。
1.2.2 金相显微镜观察 采用CK40M型OL YMPUS显微镜对热处理态合金试样的金相组织进行观察及拍照。
1.2.3扫描电镜观察 采用S-360型扫描电子显微镜(带能谱仪)对热处理态合金试样的组织形貌及腐蚀试样的表面形貌进行观察。
1.2.4 硬度测试 采用HXS- 1000A智能显微硬度仪进行显微硬度测试。每个试样测出多组数据，取其平均值。
1.2.5 电化学实验 电化学测试由CHI660C电化学分析仪完成，采用三电极体系：辅助电极为石墨惰性电极；参比电极选用饱和甘汞电极。实验介质为体积分数为5%的Na₂SO₄溶液，用H₂SO₄溶液调节pH值，使pH值等于3,温度为35 ℃。实验前用高纯N₂排空空气，实验中也通以N₂保持电极所处的环境不变。主要测合金的极化曲线和交流阻抗。
1.2.6 应力腐蚀实验 根据《金属和合金应力腐蚀实验》GB/T15970.3(U型弯曲试验的制备和应用)标准进行实验。
试样制备：将不同热处理后的Inconel718合金线切割成67.3 mm×4.57 mm ×1.52 mm的条状，用夹具弯曲成U形。
实验方法：固定应变作用下，置于质量分数为25%的NaCl、3g/L单质S、pH=3的腐蚀介质中，介质温度205 ℃,H₂S分压9 MPa,CO₂分压6MPa,实验周期720 h。取出试样后用水和酒精擦洗干净，借助扫描电镜观察腐蚀程度，评价该合金耐高温高压H₂S/CO₂应力腐蚀性能。
2 结果与讨论
2.1 热处理对合金组织的影响
2.1.1 金相分析 Inconel718合金经不同的热处理之后其金相组织见图1、图2。
2.1.2 扫描电镜分析 为了分析时效处理后析出相的形态，对试验进行扫描电镜观察，如图3所示。
由图3可以看出在晶内和晶界上都有析出相。文献[5]中指出镍基高温合金时效后有γ"相、Y'相、δ相及碳化物析出。Y"(Ni₃Nb)是主要强化相，尺寸非常细小，Y"相是一个亚稳定的过渡相，在适当的条件下将会转变成正交结构的δ-Ni₃Nb,δ呈短棒状在晶界析出。γ'相是(Ni,Co)₃(Al,Ti)形式，其形状与基体晶格错配有关，当发生0～0.2%错配时，γ'为球状；当错配上升到0.5%～1.0%时，变为立方体；当错配达1.25%以上后，变成板条状。MC(TiC,NbC)通常呈粗大不规则形态或，它们经常存在枝晶间。M₆C(Cr₂₃C₆)呈块状在晶界析出。
2.2 热处理对合金硬度的影响
本研究中合金的强度用维氏硬度试验来表征，通常，合金的硬度和拉伸强度的关联性比和屈服强度的关联性要好，热处理对合金硬度的影响主要取决于合金中γ"和γ'相的形态、尺寸和分布。
不同温度固溶、固溶+时效处理后硬度值如图4所示。
从图4可以看出，固溶处理后合金的硬度随着温度的升高而减小。固溶+时效处理后合金的硬度随着温度的升高先是增大再减小，到980 ℃时达到最大值，且硬度值比仅固溶处理的增加约一倍。
当固溶温度过低时，合金组织中除了有奥氏体基体相还有第二相(如γ"、Y'相)并没有完全溶于基体中，由于存在未溶解的第二相强化使合金的硬度值较高。随着固溶温度的升高第二相会逐渐溶解到奥氏体基体中，第二相的强化作用减弱，合金的硬度值逐渐下降。同时随着温度继续升高，合金的晶粒尺寸增大，硬度值下降。
对于固溶+时效处理时，时效处理后的硬度比固溶处理后的大的多，这主要就是因为时效处理后有很多细小的析出相，如γ"相这种主要强化相，而且在980 ℃时析出相达到最多，并且呈细小弥散状分布在晶粒内及晶界上，使得强化效果达到最佳。
高温合金主要依赖于第二相强化，强化相主要是γ'-Ni3Al,Y"-Ni₃Nb相。合金时效处理后有γ"和γ'相析出，且均匀弥散分布，故第二相强化效果显著，时效处理后强度、硬度比时效前高。
2.3 热处理对合金耐蚀性能的影响
由于合金在980 ℃固溶处理时力学性能最好，在保证合金力学性能最好的条件下研究其耐蚀性能，所以只研究980 ℃固溶和980 ℃固溶+时效处理对合金耐蚀性能的影响。
2.3.1极化曲线对比
980 ℃固溶和980 ℃固溶+时效处理样品的极化曲线如图5所示。
从图5中可以看出980 ℃固溶处理后合金的致钝电流imax为：3×10⁻⁶A/cm²;维钝电流ip为：1×10-⁶A/cm²;而时效处理合金的致钝电流ima为：3.2×10⁵A/cm²;维钝电流i为：1×10⁵A/cm²。从所测得的数据可以看出980 ℃固溶处理后的致钝电流、维钝电流比时效处理后的小。致钝电流越小说明合金越易钝化，也就是易形成钝化膜，这样合金就更耐腐蚀；维钝电流越小钝化膜的保护性也越好，钝化膜保护性好说明合金耐腐蚀[8-9]。故固溶处理比固溶+时效处理后的合金耐蚀性好。
2.3.2 电化学阻抗谱
980 ℃不同热处理的电化学阻抗谱和等效电路图、等效电路元件参数如图6,7及表2所示。
2.3.3 H₂S/CO₂应力腐蚀实验
经H₂S/CO₂应力腐蚀实验前后试样的宏观形貌分别如图8(a)、(b)所示。
扫描电镜观察U型试样顶部应力腐蚀程度如图9所示。
从图9中可见，无论是980 ℃固溶还是980 ℃固溶+时效的试样经过720 h的H₂S/CO₂应力腐蚀试验后，表面仅有部分点蚀坑，没有腐蚀微裂纹产生。根据GB/T15970.3标准的检测规定，试样暴露在规定的周期后，试样没有发现裂纹，说明该试验是耐应力腐蚀的。上述实验结果表明Inconel718合金耐H₂S/CO₂应力腐蚀性能较好。
