镍基合金inconel706性能成分简介

Inconel706简介

Inconel706是一种沉淀硬化型合金，可提供高的机械强度与良好的可加工性结合。该合金的特征是相似的Inconel718的不同之处在于Inconel706被更容易地制造，特别是通过机械加工。

主要镍及铬含量为氧化和良好的耐腐蚀性。该合金的主要沉淀硬化成分为铌和钛。铝含量也有助于硬化反应。
Inconel 706合金是在Inconel718合金基础上发展而来的Ni-Fe-Cr基沉淀强化型高温合金，广泛用于制作涡轮发动机、燃气轮机及核工业中的大型部件[1-3].作为Inconel 706合金铸态组织中最主要的第二相，Laves相及η相在其中的析出数量、形态对大锭型的冶炼锻造至关重要.研究[4-11]表明，P作为高温合金中常见的微量元素，一方面促进富Nb和Ti合金的凝固偏析、元素偏聚及第二相析出；另一方面却强烈地提高某些高温合金的持久和蠕变性能，并且对其它性能未表现出有害影响，但这种有益作用具有合金选择性，即在IN 718和GH 2761合金中这种有益作用十分显著，但是在Waspaloy合金和GDT 222中几乎没有任何作用.目前P在高温合金中的这种合金选择性的作用机理仍不清楚，需要更进一步的研究.Inconel 706合金基体元素Ni,Fe的含量与GH 2761相近，而强化方式与IN 718合金相似，因此，研究P在Inconel706合金中的作用对研究P在高温合金中的作用机理有十分重要的意义，而目前未见P在Inconel 706合金中作用机理的报道，有必要进行深入的研究.要研究P在Inconnel 706合金中的作用，首先就要研究P对合金凝固过程的影响，以便消除其对凝固过程的有害作用，因此，本文研究了P对Inconel706合金凝固过程中元素偏析及Laves相和η相析出的影响，为合金中P的控制及相关工艺的制定提供必要的依据.

1实验方法

采用真空感应炉冶炼4个13kg的铸锭(Nos.1—4),控制各铸锭主要合金元素配入量相同(质量分数，%):C0.010,Ni41.0, Cr 16.0,Nb 2.9, Ti1.8,Fe余量；冶炼过程中，对应Nos.1—4试样分别加入实际含量为0.004%,0.016%,0.023%和0.032%的P(质量分数).在各铸锭头部的中心部位切取10 mm×10 mm×10 mm的试样，进行铸态组织的观察.将试样加热至1420 ℃保温5 min后，分别随炉冷却至1300 ℃保温10 min后水淬，分析水淬试样成分分布和组织.将试样分别加热至1160,1170和1180 ℃保温1 h后水淬，采用金相法测定Laves相熔点.

2实验结果

2.1 P含量对Laves相及η相析出形貌的影响

图1示出了Nos.1—4合金铸态的枝晶组织.图1中白色区域为枝晶干，黑色区域为枝晶间相，可见，No.1合金的铸态枝晶组织较为规整；P含量的增加使枝晶分布的杂乱程度增加.另外，由图1还可以看出，P含量的增加使枝晶间相的体积分数增加.采用图像分析软件计算出铸锭心部枝晶间相的体积分数，结果表明，P含量为0.004%的No.1合金枝晶间相的体积最小，大约为20%,P含量提高到0.016%后，枝晶间相的体积分数增加到27%左右.P含量继续提高，枝晶间体积分数增加幅度明显变缓，P含量为0.032%时，枝晶间相的体积分数为30%左右.

图2示出了Nos.1--4合金铸态的枝晶间形貌.可见，枝晶间析出了大量白色的析出相，而析出相周围被颜色比枝晶干更暗的区域所包围，两者共同构成了枝晶间组织.成分分析确定白亮相为富Nb的Laves相，周围的暗区也富Nb,此处称之为偏析区.由图2可以看到，随P含量增加，枝晶间析出相数量显著增多，枝晶间面积显著增加，以上结果与图1的结果是一致的.图3示出了P含量对Inconel 706合金中Laves相形貌的影响.可见，No.1合金枝晶间析出的Laves相多为共晶，其周围区域析出少量针状η相(图3a);随着P含量增加，共晶Laves相逐步减少，转而在枝晶间析出块状Laves相，并且在Laves周围析出更多的细针状η相(图3b).

2.2 P含量对元素偏析的影响

采用EDS方法分析了枝晶干和枝晶间各区域的元素

分布，其中枝晶干、Laves相、η相和Laves相周围的暗色偏析区(各区域如图3所示)的成分如表1所示(No.1合金的η相析出较少且体积很小，成分难以测定，故未在表中列出).从表1可见，Nb和Ti显著偏聚于枝晶间，为正偏析元素，它们在Laves相中的含量最高，在枝晶干中的含量最低；Fe和Cr偏聚于枝晶干区域，为负偏析元素；P强烈偏聚于Laves相中，在其它各相中均没有检测到P的存在.P虽然不改变各元素的偏析倾向，即各合金中Fe和Cr均为负偏析元素，Ni,Nb和Ti均为正偏析元素.但由于P明显增加了枝晶间Laves相和η相的析出数量(图1和2),所以强烈促进了元素偏析.

为了研究合金在各种第二相析出前的元素偏析情况，并比较P含量对偏析的影响，将No.1合金和No.4合金熔化后降温至1300 ℃水淬.图4为No.4合金水淬后的SEM像，No.1合金的水淬组织与此类似.可见，大部分液相在水淬前已完成凝固形成γ基体，枝晶间可见残留液相组成的通道(图4a);高倍下观察发现，枝晶间析出了大量共晶状Laves相(图4b);由于水淬前合金温度较高，未发现η相析出.与图3b比较，图4b中Laves相较多，几乎可将枝晶间通道完全填满，这是由于水淬产生的较大冷速引起伪共晶反应，增加了Laves的析出量.

由于枝晶间几乎完全为Laves相，且枝晶间无其它第二相，因此，水淬组织枝晶间的平均成分可代表1300 ℃时剩余液相的成分.采用EPMA对No.1和No.4合金水淬后的枝晶间成分进行测量，结果表明，P含量由0.004%升高到0.032%后，Ni,Fe和Cr含量变化不明显，Ti的偏析程度增大，由5.33%升高至6.31%,Nb的偏析程度也有所升高，由19.9%升高至21.3%.

2.3 P含量对Laves相熔点的影响

图5为No.1合金分别在1170和1180 ℃保温1h,No.4合金分别在1160和1170 ℃保温1h后水淬获得的组织，由图5a和5b可见，No.1合金的1170℃水淬组织中，Laves相呈球状，与铸态组织相比，数量及尺寸都明显减少，1180 ℃水淬组织中，Laves相呈细碎共晶状，显然，1170 ℃下Laves相发生固溶，1180 ℃下Laves相已熔化，水淬时形成快冷共晶组织，因此No.1合金的Laves相初熔温度在1170—1180℃之间. No.4合金的1160℃水淬组织中Laves相呈球状，1170℃水淬组织中，Laves相呈共晶状，如图5c和d所示.因此No.4合金的Laves相熔点为1160—1170 ℃之间.同样方法确定No.2和No.3合金Laves相熔点温度也在1160—1170 ℃之间.因此，P含量由0.004%升到0.016%时，Laves相熔点1170—1180℃之间下降到1160—1170℃之间.P含量继续增加，对Laves相的熔点温度无明显变化.在所有合金的1160—1180℃保温1h的水淬组织中，均未发现η相，说明η相的溶解速度极快.

3分析讨论

研究[12-13]表明，P在高温合金γ基体中的溶解度极低，几乎不溶；同时P的化学活性较低，不能在合金凝固的早期形成化合物.因此，在Inconel706合金凝固过程中，P被大量排入液相之中.随着凝固的进行，剩余液相中P的浓度不断升高.EPMA结果表明，No.4合金在1300 ℃时剩余液相中的P浓度已达到了0.7%.P能促进Nb和Ti的偏析，因此促进Laves相和η相的析出，这与P对Inconel718合金凝固偏析的影响也是相同的。除此之外，P降低Inconel706合金中Laves相的析出温度.如果仅从Laves相析出的角度考虑，P至少不应降低Laves相的析出温度，因其不仅可以溶于Laves相中，而且还促进Nb等元素的偏析.但是研究[14]表明，Inconel706等高Nb含量合金的凝固结束反应为(Laves+γ)共晶反应.对于标准Inconel 706成分的合金(No.1),共晶反应的特征是十分明显的(图4a).然而对于高P含量的合金，由于P几乎不溶于γ基体之中，而且当合金冷却至共晶点温度1170 ℃附近时，剩余熔体中P的浓度很高，所以强烈阻止γ相的凝固，因而降低了共晶反应的温度.然而，温度越低，剩余液相量越少，P含量越高，因此γ基体凝固的前提条件是剩余液相中P浓度的降低.P可以溶解于Laves相中，因此，当温度降低至共晶点以下，Laves相析出后γ相得以凝固，合金凝固结束.因此可知，高P含量Inconel 706合金的凝固结束反应为离异共晶反应，即先析出Laves相，既而析出γ相.

在离异共晶反应中，Laves相需要单独析出，其形核所要求的成分波动程度较大，因而形核率较低，Laves相长成大块状形态(图4b).而对于共晶反应，成分的波动既可以触发γ相形核，又可以触发Laves相形核，两者的生长相互促进，所以形成细碎的共晶组织(图4a).

图4b显示Laves相颗粒之间析出了较多互相平行的η相板条，这些是典型的固态析出特征，在合金凝固结束以后，由于枝晶间γ相中Ti含量较高，在冷却过程中析出了η-Ni₃Ti相.

4结论

(1) P促进Inconel706合金Nb和Ti的偏析，从而促进枝晶间Laves相和η相的析出.

(2)P含量为0.004%时，Inconel 706合金的凝固结束反应为(Laves+γ)共晶反应，枝晶间形成细碎的共晶组织.P含量升高至0.016%以后，合金的凝固结束反应为Laves/γ离异共晶反应，先析出大块状Laves相，再析出基体γ相凝固结束.枝晶间γ基体二次析出大量板条状η相.