热处理对镍基高温合金组织和性能的影响

沈阳工业大学

硕士学位论文

热处理对镍基高温合金组织和性能的影响

姓名：郭永安

申请学位级别：硕士

专业：材料加工工程

指导教师：于宝义;肖旋

20070305

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合金样品在箱式炉中分别进行热处理，热处理制度为：

ａ）、分别在１１００，１１２０，１１４０，１１６０，１１８０，１２００℃固溶保温２ｈ，然后空冷到室温；

ｂ）、在１１２０℃固溶处理ｌ，２，３，４ｈ然后空冷到室温；

∞、在１１２０。Ｃ固溶保温２ｈ，然后分别以空冷、炉冷和水淬的方式冷却：

ｍ、在１１２０。Ｃ固溶处理２ｈ，空冷至室温，然后在１０５０。Ｃ高温时效２ｈ，空冷至室温；

ｅ）、ａ）、ｂ）、ｃ）和ｄ）处理后，加上８５０。Ｃ时效２４ｈ，空冷至室温。

金相样品腐蚀液为２０９ＣｕＳ０４＋５０ｍｌＨＣＩ＋１００ｍｌＨ２０。利用ＪＳＭ．６０３１场发射扫描电镜观察Ｙ’相形貌，采用图象分析软件测量Ｙ’沉淀相的平均尺寸。并在ＨＲｌ５０洛氏硬度计上测试其洛氏硬度。

２．２固溶温度的影响

２．２．Ｉ固溶温度对组织的影响

Ｋ４４５合金铸态条件下枝晶干Ｙ’相呈立方体形貌，枝晶间Ｙ’相租大且形状不规则（图２．１ａ、ｂ所示）。在枝晶间和晶界含有少量的Ｙ／Ｙ’共晶和块状碳化物（图２．１ｅ所示）。这是因为在凝固过程中首先形成枝晶干的单相固溶体，同时，Ａｌ和Ｔｉ等元素向枝晶问液相富集，使剩余液相中的溶质浓度达到共晶点，生成Ｙ＋Ｙ’共晶。二次Ｙ’相都是

图２．１Ｋ４４５合金的铸态组织

Ｆｉｇ．２．１皿ｅｍｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＫ４４５ａｓｃａｓｔ

ａ）枝晶干ｙ’形貌”枝晶间Ｙ’形貌ｃ）枝晶问Ｙ／Ｙ’共晶和ＭＣ型碳化物

由过饱和Ｙ固熔体析出的，由于枝晶问富含Ａｌ、Ｔｉ等Ｙ’相形成元素，造成枝晶间处Ｙ相的过饱和浓度较大，增加了Ｙ７相长大的驱动力，造成枝晶间的ｙ’相尺寸较大。

合金经１１００．１２００℃固溶处理后的Ｙ’相形态如图２．２所示。由图可以看出随着固溶温度的提高，二次Ｙ’尺寸由１１００℃时的４２０ｈｍ增大到１１４０℃时的４９０ｈｍ，当固溶

热处理对镍基高温合金组织和性能的影响

幽２．２削溶揣度对￥’相彤貌的影响

Ｆｉｇ．２．２ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎＹ’ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓａ）１１００℃ｄｅｎｄｒｉｔｅｂ）１１２０℃ｄｅｎｄｒｉｔｅｃ）１１４０℃ｄｅｎｄｎｔｅｄ）１１６０＂０ｄｅｎｄｒｉｔｅｅ）１１８０。Ｃｄｅｎｄｒｉｔｅｆ）１２００＂Ｃｄｅｎｄｒｉｔｅｇ）１１８０。Ｃｉｎｔｅｒｄｃｎｄｒｉｔｅｈ）１２００＂（２ｍｔｅｒｄｅｎｄｒｉｔｅ

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２．３固溶时间的影响

２．３．１固溶时间对组织的影响

在１１２０℃固溶处理过程中，随保温时间的延长合金中Ｙ’相尺寸增大。保温时间越长，析出的Ｙ’相排列越整齐，保温１ｈ、２ｈ和３ｈ均出现分裂花样（图２．５ａ）。４ｈ时分裂花样消失出现了定向排列倾向（图２．５ｂ）。

、这种随着保温时间延长Ｙ’相定向排列的倾向，可以用Ａｒｄｅｌｌ［２２１等人和Ｄｏｉ［２３ｌ等人提出的选择长大理论来解释，即成一定方向排列的Ｙ’相长大，而其它位置的Ｙ’相则逐渐溶解，并为前者长大提供所需的溶质原子，图２．５ｂ中定向排列的ｙ’相尺寸大于

图２．５吲溶保温时问对Ｙ’相的影响

Ｆｉｇ．２．５Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｈｏｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｙｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ

ａｌｌｌ２０＂Ｃ，２ｈ，Ａ．Ｃ．ｂ）１１２０℃，４ｈ，Ａ．Ｃ．

其它位置的Ｙ’相尺寸证实了这一点。这一溶解和长大的过程依赖于Ｙ’相形成元素原子的扩散，所以只有固溶保温时间达到４ｈ后才发生ｙ７相的定向排列。

２．３．２对硬度的影响

合金经不同固溶保温时间后硬度的变化如图２．６，从图中可以看出：除了比铸态硬度有所提高以外，合金在１－４ｈ固溶保温时间后硬度基本保持不变。合金的强度虽然受多种因素的影响，但Ｙ’相的尺寸是最主要的因素，由于固溶保温时间没有影响Ｙ’相的尺寸，所以固溶保温时间对合金的硬度影响较小。

热处理对镍基高温合金组织和性能的影响

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Ｌ一一。．

２．４冷却方式的影响

２．４．１对组织的影响

图２．７为合金在１，１２０＂Ｃ固溶保温２ｈ后分别以水淬、空冷和炉冷的方式冷却后的ｙ’相形貌。随着冷却速度的增Ｎ－－次Ｙ’相的含量增加显著，二次Ｙ’相的形状由水淬和空冷时的立方体形貌转变为炉冷时的球形，小尺寸ｙ７相的数量逐渐减少。

固溶处理过程中ｙ’相大部分回溶进入基体并在随后的冷却过程中析出，冷却速率的不同对Ｙ’相的析出形态有明昆影响。冷却速率大，ｙ’相的形核速率就大，长人速率就小，形成的Ｙ’相就会多而小（图２．７ａ）；冷却速率小，Ｙ’相形核速率就小，而长大速率就大，形成尺寸较大的ｙ’相（图２．７ｂ）。另外，冷却速率小高温保持时间就长，有利于Ｙ’相的析出，析出的二次Ｙ’就多（图２．７ｅ），冷却下来剩余基体的过饱和度就

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图２．７冷却方式对ｙ’相形貌的影响

Ｆｉ９２．７ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｃｏｏｌｉｎｇｒａｔｅｏｉｌＹ’ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｓ

ａ）ｗａｔｅｒｑｕｅｎｃｈｉｎｇ，ＷＱ，ｂ）ａｉｒｃｏｏｌｉｎｇ，ＡＣ，ｃ）ｆｕｒｎａｃｅｃｏｏｌｉｎｇ，ＦＣ

低。

２．４．２对力学性能的影响

合金的硬度随冷却方式的不同而变化的关系如图２．８所示。可以看出未加时效的情况下，水淬硬度最低，炉冷次之，字冷最高。这与Ｙ７相的尺寸、数量和形貌密切相关：

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图２．８冷却方式对洛氏硬度的影响

Ｆｉ醇．８Ｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎｈａｒｄｎｅｓｓ谢ｔ１１ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎｃｏｏｌｉｎｇｒａｔｅ

水淬条件下析出ｙ’相相数量最少，固其硬度低；炉冷条件下，Ｙ７相的数量虽多，但它们呈球状，Ｙ／Ｙ’错配度低，基体中固溶元素的过饱和度也低，使其性能不如空冷时的性能；在空冷条件下，虽然其ｙ７相数量没有炉冷时多，但它的ｙ’相有大小两种形