(GH2761)镍基高温合金机械性能参数
前言
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。GH2761合金的合金化程度较高，其中Ti含量高达3.20%～3.65%[,合金偏析倾向较大。在工业生产中，为了更好地满足产品要求，往往通过扩大铸锭直径来达到应用需求，而铸锭直径增加后又会进一步促进元素的微观偏析。在GH2761合金中，Ti元素的微观偏析易在枝晶间形成低熔点的η-Ni₃Ti相，其本身既无强化作用，而又要消耗一部分γ'相，因此该相会降低合金的强度和塑性[2]。对CH2761合金铸锭组织中的η-Ni₃Ti相进行了研究。
GH2761化学成分：
元素 C Cr Ni W Mo Al Ti Fe B Ce S P Si Mn Cu
MIX 0.02 12.0 42.0 2.8 1.4 1.4 3.2 Bal
MAX 0.07 14.0 45.0 3.3 1.9 1.85 3.65 0.015 0.03 0.008 0.02 0.4 0.5 0.2
1实验材料及方法
首先在VIM+VAR冶炼的GH2761合金重熔铸锭头部切取铸态锭作为试验料，在试验料的铸锭中心区域附近取样，经不同的加热温度和保温时间后水淬，用金相显微镜和扫描电镜观察铸态试验中η-Ni₃Ti相形貌的变化，用能谱仪分析偏析元素分布。
2实验结果及分析
2.1铸态组织中的η相
高倍观察表明，铸锭由边缘到心部，枝晶组织越来越发达，微观偏析程度逐渐增加。图1(a)为铸锭心部的铸态组织，以白色的枝晶干为主；黑色区域为枝晶间。图1(b)显示了GH2761合金铸锭心部枝晶间的组织，不规则状的白色ηNi;Ti相为凝固结束前的液态析出相，互相平行的直板条状η-Ni₃Ti相为凝固结束后的固态析出相3J。根据过去的研究4,如果不考虑杂质元素的影响，GH2761合金的凝固结束反应为L→(γ+η-Ni₃Ti),即最后剩余的少量液体以析出η-Ni₃Ti相来结束凝固。
2.2 η相的溶解
图2(a)是铸态试样在1160℃保温30min后的水淬组织，可以看到n-Ni₃Ti相已经开始发生了明显的溶解迹象。η-Ni₃Ti相变得残缺不全，在其周围附近还形成了一个白色的富Ti扩散区。在1160℃下随保温时间的延长，η-Ni₃Ti相将逐渐回溶消失。观察表明，1160℃下加热，η-Ni₃Ti相溶解非常迅速，如图3(a)所示，保温2h已基本溶解。如图3(b)所示，1160℃保温5h已经使枝晶间析出的η-Ni₃Ti相完全溶解，晶界完全暴露出来。在1160℃下保温时间延长至40h,均未发现任何熔化的迹象。在1170℃下保温10～80h,也均没有发现引起局部η-Ni₃Ti相熔化的现象。
图2(b)是铸态试样在1180℃保温30min后的水淬组织，η-Ni₃Ti相呈团聚状细密地析出，其与图1(b)所示η-Ni₃Ti相在铸态下的析出形态明显不同。分析认为，η-Ni₃Ti相在1180℃下加热已经被熔化并在局部形成小的熔池，由于该熔池富Ti,在水淬过程中又重新析出了具有快冷特征的细小η-Ni₃Ti相组织。即铸态试样在1180℃下加热30min局部就已经开始熔化。
铸态组织中的低熔点相决定了合金的初始熔点，以上结果表明，GH2761合金铸态试样中由于低熔点η-Ni₃Ti相的存在，其初始熔化温度在1180℃。要消除η-Ni₃Ti相以改善其铸态组织，就必须在低于1180℃的温度下进行η-Ni₃Ti相的回溶。结合以上的试验结果，低于η-Ni₃Ti相初熔温度20℃,即在1160℃下进行η-Ni₃Ti相的回溶是合适的。
2.3 η-Ni₃Ti相偏析的消除
要完全消除铸态组织中的m-Ni₃Ti相的偏析，除了使其完全回溶外，还需要使其偏析的Ti元素扩散均匀。GH2761合金铸态组织的凝固偏析主要表现为Ti元素的枝晶间偏析，沿垂直横穿晶界的直线定点测定Ti元素含量的变化，可以反映元素偏析的变化。
如图4(a)所示，在1160℃下保温5h处理，虽然η-Ni;Ti相已经全部溶入基体，但晶界处的Ti元素偏析仍然十分显著。在1160℃下随着保温时间的延长，偏析程度有所改善，保温时间延长至40h,跨越晶界的Ti含量变化显著降低，但仍表现出一定程度的偏析。因此，在1160℃下保温完成η-Ni₃Ti相的完全回溶，但偏析的Ti元素扩散效果不加。
根据以上的试验结果，在1160℃下保温使η-Ni₃Ti相完全回溶基体并进行部分扩散，从而提高合金熔点；然后在1190℃下保温，提高偏析元素扩散的效果。如图4(c)所示，先在1160℃下保温20h,再经1190℃加热保温30h后，Ti元素偏析基本消除。
3结论
(1) GH2761合金铸态组织中的低熔点η-Ni₃Ti相在1160℃和1170℃下溶解非常迅速，随保温时间的延长，η-Ni₃Ti相均能完全回溶；而在1180℃下η-Ni₃Ti相发生局部熔化现象。
(2)GH2761合金铸态组织在1160℃下随保温时间延长，跨越晶界的Ti含量变化显著降低，但仍表现出一定程度的偏析；在1160℃下η-Ni₃Ti相回溶后，再经1190℃下高温扩散，η-Ni₃Ti相的回溶及Ti元素扩散较充分，其偏析基本消除。
