不同热处理工艺对高温合金GH4169δ相析出量影响和δ相对合金GH4169拉伸变形行为影响
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该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析 出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制 定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种 零件。
1.2 GH4169的成分与组织
1.2.1合金的成分
GH4169高温合金的组织性能差异主要表现在s、nb、c、o、n和痕量元素 的掌控上面，控制以上元素在给定区域内，可以降低这些元素的含量从而将 普通GH4169高温合金转变为优质的GH4169高温合金。降低碳含量，优质 GH4169高温合金能降低合金脆性，提高抗疲劳性和合金强度；降低硫含量， 可以提高持久性能和塑性；降低痕量元素，可以使合金材料的使用寿命延长; 增加铌，合金的强度提高。
δ相是一种正交晶系的稳定相，该相的数量与形貌取决于热加工参数， 980℃大量溶解，900℃是该相的析出峰，1020℃能全溶。
1.3 本次研究的意义、目的与内容
长期以来，各个国家的科技人员投入了大量的的精力，物力和财力来研 究GH4169高温合金，美国的TMS协会自1989-2005年已举办了6届关于 GH4169高温合金的国际性研讨交流会，可见GH4169的研究价值和重要性， GH4169高温合金在-253℃~700℃温度范围内具有良好的综合力学性能，而 且650℃以下的屈服强度在高温合金中排在较高的位置，由于具有优越的化 学、机械和物理性能，在飞机发动机以及火箭发动机中得到了广泛的应用。 本文分析不同热处理工艺对δ相析出量的影响以及δ相对拉伸性能的影响。为 GH4169高温合金的热处理和加工提供重要的研究依据，对提高企业中的产 品质量起到重要的作用。
Байду номын сангаас
1.2.3 GH4169合金的相变
γ"相向δ相的转变
GH4169是含Nb量较高的镍基高温合金材料。在凝固过程中，δ相析出在 Ti、Nb较高的枝晶间，在γ"相的层错上δ相会首先形核，δ相形核后将会长 入基体，并且最终基体上取代原来的γ"相，最后形成了δ相。δ相到γ"相的转 变过程Nb元素会被吸收，贫γ"带在δ相两侧形成。δ相的析出形状在高温度 下为短棒状，在较低温度下为针状。
第一章 绪论
1.1 引言
GH4169高温合金是一种已在航空航天、动力、发电、石油、化工以及舰 船等领域中广泛应用的结构性材料。GH4169高温合金在-253~700℃温度范 围内具有良好的综合性能，650℃以下的屈服强度变形高温合金的首位。该 变形镍基高温合金有良好的抗疲劳、抗腐蚀、抗辐射、抗氧化性能以及良好 的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件， 基于它的这些性能，它可以用于制造航空发动机的重要转动部件，例如压气 机盘、封严盘、涡轮盘和涡轮轴等。
构思框图
激光快速成形 GH4169
实验设备 成形原理
成形工艺
GH4169合金组 织与性能
不同热处理对 δ相析出量的
影响
热处理方 案
金相对比
电镜对比
结论
延伸率
拉伸性能分析
断裂方式
断裂机制
第二章 连续点式锻压激光快速成形GH4169
1.2.4 GH4169相与应用温度的关系
在GH4169合金中，γ′相是面心立方晶系的稳定相，该相的数量因Al、Ti含 量较低所以较少，产生强化作用是因为在620 ℃时效期间析出细小的颗粒
γ"相呈圆盘状，是GH4169合金的主要强化相，是体心四方晶系的亚稳 定相。720℃析出尺寸较小，在870℃保温期间析出的尺寸较大，所以该合 金的时效温度设置在720℃。
2）γ′相
γ′相的成分是Ni3（Al、Ti、Nb），为面心立方LI2结构，Ni原子位于面心 位置，Al原子位于面心立方点阵的顶点出，点阵常数a是0.3590nm，形状为 球状|。比较之下γ′相组织稳定性较高。γ′相的溶解温度范围为843℃~871℃， 析出温度范围为593℃~816℃。
3）γ“相
作为该合金的主要强化相，其形状为圆盘状，成分为Ni3Nb，属于体四方DO22结 构，它的单位晶胞及（111）面上的原子排列情况如下图1—2所示。强化相γ"的特点 是可以获得比较高的屈服强度，这是因为基体γ与强化相γ"之间的点阵错配度较大， 显著的共格应力强化效果造成的。由于γ"相是个亚稳的过渡相，在长期的高温作用 下，γ"相非常容易聚集并且长大，并且γ"相向δ相的转变会发生，因此失去共格性， 导致强度的大大降低。因此，GH4169高温合金的工作温度小于650℃~700℃。因为 γ′与基体的界面非常适宜于γ"相生成，所以，我们总是发现γ“相析出在γ相的（100） 面上，γ”相析出温度大约为595℃~870℃，溶解温度为870℃~930℃，析出峰值的温 度大约为732℃~760℃。
4）δ相
δ相是正交结构，其（010）面原子排列和单位晶胞如图1—3所示。在富Nb的晶界 和孪晶上，δ相大多以一定取向呈短棒状或针片状析出，位界上的球形δ相却被研究 发现是无规则取向的。根据有关的文献报道，δ相的晶粒大小是与尺寸有关的，δ相 的长度随着品粒尺寸的增加也在增加。δ相的析出需要一定的孕育期且析出温度约为 780℃~980℃。掘相关的文献报道：孕育期的长短和固溶温度有显著关系，孕育期随 着固溶温度的增高而增长，这有可能是因为温度越高，δ相溶解越充分而引起的，δ 相的平衡量在时效过程中与晶粒度有关，可供δ相形核的总晶界的面积随着晶粒长大 降低了，所以，δ相析出的数量减少。因为δ相的溶解温度为982℃~1037℃，小于δ 相溶解温度范围以下的固溶处理，晶粒长大的能够由合金中原来存在的δ相控制。
1.2.2 GH4169的显微组织与相
经过固溶退火处理+时效处理的GH4169合金的微观组织主要由奥氏体基 体γ基体、弥散分布的强化相（ γ′ 相 、γ“ 相）、 δ相以及分布少量的NbC 、 TiN等。基本微观组织如图1—1。
1)基体
基体γ为面心立方结构,主要元素(Ni的含量达到53％时，屈服强度可以得 到最高)。能够溶入大量的Co、Mo、Cr等合金元素，晶格点阵常数是 0.3616nm。在时效过程中，将从基体中析出三种不同的沉淀相（γ′、γ“、 δ）。
1.2 GH4169的成分与组织
1.2.1合金的成分
GH4169高温合金的组织性能差异主要表现在s、nb、c、o、n和痕量元素 的掌控上面，控制以上元素在给定区域内，可以降低这些元素的含量从而将 普通GH4169高温合金转变为优质的GH4169高温合金。降低碳含量，优质 GH4169高温合金能降低合金脆性，提高抗疲劳性和合金强度；降低硫含量， 可以提高持久性能和塑性；降低痕量元素，可以使合金材料的使用寿命延长; 增加铌，合金的强度提高。
δ相是一种正交晶系的稳定相，该相的数量与形貌取决于热加工参数， 980℃大量溶解，900℃是该相的析出峰，1020℃能全溶。
1.3 本次研究的意义、目的与内容
长期以来，各个国家的科技人员投入了大量的的精力，物力和财力来研 究GH4169高温合金，美国的TMS协会自1989-2005年已举办了6届关于 GH4169高温合金的国际性研讨交流会，可见GH4169的研究价值和重要性， GH4169高温合金在-253℃~700℃温度范围内具有良好的综合力学性能，而 且650℃以下的屈服强度在高温合金中排在较高的位置，由于具有优越的化 学、机械和物理性能，在飞机发动机以及火箭发动机中得到了广泛的应用。 本文分析不同热处理工艺对δ相析出量的影响以及δ相对拉伸性能的影响。为 GH4169高温合金的热处理和加工提供重要的研究依据，对提高企业中的产 品质量起到重要的作用。
Байду номын сангаас
1.2.3 GH4169合金的相变
γ"相向δ相的转变
GH4169是含Nb量较高的镍基高温合金材料。在凝固过程中，δ相析出在 Ti、Nb较高的枝晶间，在γ"相的层错上δ相会首先形核，δ相形核后将会长 入基体，并且最终基体上取代原来的γ"相，最后形成了δ相。δ相到γ"相的转 变过程Nb元素会被吸收，贫γ"带在δ相两侧形成。δ相的析出形状在高温度 下为短棒状，在较低温度下为针状。
第一章 绪论
1.1 引言
GH4169高温合金是一种已在航空航天、动力、发电、石油、化工以及舰 船等领域中广泛应用的结构性材料。GH4169高温合金在-253~700℃温度范 围内具有良好的综合性能，650℃以下的屈服强度变形高温合金的首位。该 变形镍基高温合金有良好的抗疲劳、抗腐蚀、抗辐射、抗氧化性能以及良好 的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件， 基于它的这些性能，它可以用于制造航空发动机的重要转动部件，例如压气 机盘、封严盘、涡轮盘和涡轮轴等。
构思框图
激光快速成形 GH4169
实验设备 成形原理
成形工艺
GH4169合金组 织与性能
不同热处理对 δ相析出量的
影响
热处理方 案
金相对比
电镜对比
结论
延伸率
拉伸性能分析
断裂方式
断裂机制
第二章 连续点式锻压激光快速成形GH4169
1.2.4 GH4169相与应用温度的关系
在GH4169合金中，γ′相是面心立方晶系的稳定相，该相的数量因Al、Ti含 量较低所以较少，产生强化作用是因为在620 ℃时效期间析出细小的颗粒
γ"相呈圆盘状，是GH4169合金的主要强化相，是体心四方晶系的亚稳 定相。720℃析出尺寸较小，在870℃保温期间析出的尺寸较大，所以该合 金的时效温度设置在720℃。
2）γ′相
γ′相的成分是Ni3（Al、Ti、Nb），为面心立方LI2结构，Ni原子位于面心 位置，Al原子位于面心立方点阵的顶点出，点阵常数a是0.3590nm，形状为 球状|。比较之下γ′相组织稳定性较高。γ′相的溶解温度范围为843℃~871℃， 析出温度范围为593℃~816℃。
3）γ“相
作为该合金的主要强化相，其形状为圆盘状，成分为Ni3Nb，属于体四方DO22结 构，它的单位晶胞及（111）面上的原子排列情况如下图1—2所示。强化相γ"的特点 是可以获得比较高的屈服强度，这是因为基体γ与强化相γ"之间的点阵错配度较大， 显著的共格应力强化效果造成的。由于γ"相是个亚稳的过渡相，在长期的高温作用 下，γ"相非常容易聚集并且长大，并且γ"相向δ相的转变会发生，因此失去共格性， 导致强度的大大降低。因此，GH4169高温合金的工作温度小于650℃~700℃。因为 γ′与基体的界面非常适宜于γ"相生成，所以，我们总是发现γ“相析出在γ相的（100） 面上，γ”相析出温度大约为595℃~870℃，溶解温度为870℃~930℃，析出峰值的温 度大约为732℃~760℃。
4）δ相
δ相是正交结构，其（010）面原子排列和单位晶胞如图1—3所示。在富Nb的晶界 和孪晶上，δ相大多以一定取向呈短棒状或针片状析出，位界上的球形δ相却被研究 发现是无规则取向的。根据有关的文献报道，δ相的晶粒大小是与尺寸有关的，δ相 的长度随着品粒尺寸的增加也在增加。δ相的析出需要一定的孕育期且析出温度约为 780℃~980℃。掘相关的文献报道：孕育期的长短和固溶温度有显著关系，孕育期随 着固溶温度的增高而增长，这有可能是因为温度越高，δ相溶解越充分而引起的，δ 相的平衡量在时效过程中与晶粒度有关，可供δ相形核的总晶界的面积随着晶粒长大 降低了，所以，δ相析出的数量减少。因为δ相的溶解温度为982℃~1037℃，小于δ 相溶解温度范围以下的固溶处理，晶粒长大的能够由合金中原来存在的δ相控制。
1.2.2 GH4169的显微组织与相
经过固溶退火处理+时效处理的GH4169合金的微观组织主要由奥氏体基 体γ基体、弥散分布的强化相（ γ′ 相 、γ“ 相）、 δ相以及分布少量的NbC 、 TiN等。基本微观组织如图1—1。
1)基体
基体γ为面心立方结构,主要元素(Ni的含量达到53％时，屈服强度可以得 到最高)。能够溶入大量的Co、Mo、Cr等合金元素，晶格点阵常数是 0.3616nm。在时效过程中，将从基体中析出三种不同的沉淀相（γ′、γ“、 δ）。