微控电子试验机(二次时效处理对GH2696镍基合金组织及性能的影响)

Posted 2023-05-26

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微控电子试验机(二次时效处理对GH2696镍基合金组织及性能的影响)

GH2696合金是一种以Fe-25Ni-12Cr为基体的高温合金，用少量的钛、铝、钼和微量的硼综合强化，在650℃以下具有高的屈服强度和持久、蠕变强度，以及良好的高温弹性性能、抗燃气腐蚀性能和加工塑性。

适合于制造在650℃以下长期工作的涡轮和压气机紧固件、盘件和工作叶片、涡轮壳体、环形零件(包括连接环)，以及在40-50℃工作的圆柱形螺旋弹簧等。

合金的短时工作温度可达750℃。该合金可生产供应各种形状的变形产品，如锻件、环件、棒材、板材、带材、丝材等。

1试样制备和试验方法

本试验所用合金是采用真空感应炉和真空白耗炉双真空工艺生产的规格为Φ250mm的钢锭，随后采用空气锤锻造开坯，热轧成Φ23mm的圆棒，再经过多次固溶、润滑和冷拔制成对面距离为19mm的冷拉六角材，切取试样进行热处理。合金的化学成分如表1所示。

本试验主要研究二次时效处理对GH2696合金组织和性能的影响，选取的两个热处理制度分别为，Ⅰ：1110℃x2h油冷，770℃x16h空冷；Ⅱ：1110℃x2h油冷，770℃×16h空冷，640℃×16h空冷。

对比两种热处理制度下试样室温拉伸性能(屈服强度、抗拉强度、延伸率和面缩率)、室温硬度、冲击韧性以及650℃持久性能的差别。试验所用检测设备有：GWS-100型拉力试验机、M5C030G3型布氏硬度计、N1500C型冲击试验机和RD-50型微控电子式蠕变持久试验机，并利用OLYMPUSLEXT3100型激光共聚焦显微镜观察两种热处理制度下合金微观组织的差别。

2合金的机械性能及显微组织

试样经热处理后，按国标要求进行机械加工,进行室温拉伸、室温硬度、冲击韧性和650℃高温持久等性能的检测。为保证试验数据的准确性，各性能均取两组试样进行检测，具体检测结果如表2所示。由表2可见，每种热处理制度下所检测到的两组性能指标相差都不大，因此变化比例采用各热处理制度得到机械性能平均值进行对比，分析二次时效热处理对GH2696合金性能的影响。

金相试样分别按两种制度热处理后进行打磨、抛光和腐蚀，利用激光共聚焦显微镜观察其显微组织。由图1(a)(b)可见，放大240倍后观察两种制度热处理后试样的晶粒度没有差别，这是因为GH2696合金试样为一个钢锭经锻造开坯、热轧和冷拉变形制备得到，因此具有相同的化学成分和原始组织。两组热处理制度的差别在于，制度II在固溶处理和一次时效处理后还有640℃X16h空冷的二次时效处理，该热处理温度远低于GH2696合金的静态再结晶温度，故两组制度热处理后试样的晶粒度相同。由图l(c)(d)可见，利用2400倍镜头仍无法观测到两种热处理制度下试样微观组织的明显差异。这是因为GH2696合金中γ’含量较少，其体积分数只有10.15％，γ’相尺寸也较小为5-30nm，且与γ’基体保持共格应力，因此利用光学显微镜很难直接观察到γ’相的形貌。

3分析讨论

高温合金的强化方式主要为固溶强化，第二相强化和晶界强化，后两种强化手段也通常称为沉淀强化。GH2696台金是依靠元素Mo来实现固溶强化，提高原予问的结合力产生晶格畸变，降低堆垛层错能及产生短程有序或其它原于偏聚，降低固溶体中元素的扩散能力，提高再结晶温度，来达到强化合金基体的目的。

GH2696合金是以Fe-25Ni-12Cr为基体的时效强化合金．主要依赖于第二相强化，该合金中Ni，AI型γ’相强化相体积分数为10～15％。作为依靠，相强化的高温合金，GH2696合金的高温强度取决于γ’相的体积分数、γ’相半径及γ’相和γ的固溶化程度等因素。主要强化机制有：共格应变强化、OTowan绕过强化机制、位错切过第二相有序粒子强化机制等，其中后两种强化机制起主要作用。

根据表2中两种热处理制度下各项机械性能变化的比例，以及强度提高同时塑性和冲击韧性下降这一规律，可以判定是由于二次时效热处理使得GH2696合金γ基体中有二次佣析出，由于二次时效处理温度低(640℃)，时间也不长(16小时)，因此二次γ’相细小，弥散地分布在基体上，增大了γ’相的体积分数，缩小γ’相之间的距离，阻碍位错绕过或切割第二相质点进行运动，从而提高了合金的强度但同时使得合金的塑性和冲击韧性下降。对于650℃的持久性能而言，由于只检测了50小时之内的性能，两种热处理制度下制备的试样的试验时间均大于50小时因而未发现该性能的变化。

4结论

1)对GH2696合金进行640*16h的二次时效热处理可以显著提高合金的室温屈服强度，抗拉强度以及室温硬度，同时塑性和冲击韧性有所下降；

2)二次时效热处理能析出细小的γ’相，增大γ’相的体积分数，缩小γ’相之间的距离，阻碍位错运动，提高合金的强度。