在镍基体中增长铬、钼、铌等元素的GH4169镍基高温合金拥有优异的高温强度、抗氧化性和耐侵蚀性，，，得到了宽泛的利用[1~3]。

目前关于 GH4169 镍基高温合金时效的钻研，，，重要集中在时效温度对析出相和机能的影响等方面。陶天成等[4] 钻研批注，，，对GH4169镍基高温合金进行尺度热处置后再在650 ℃持久时效，，，其硬度随着时效功夫的耽搁先提高后降低。在时效初期硬度提高的重要原因是析出了藐小的强化相，，，而时效后期硬度的降低则与析出相长大粗化以及γ''相转变为δ相有关：：辖鸬目估慷群颓强度的变动法规与硬度的变动法规一样，，，其塑性随着时效功夫的耽搁而降低。郑欣等[5] 钻研批注 ，，，“高温时效”后GH4169镍基高温合金的室和善高温强度呈降落趋向。其原因是，，，“高温时效”有利于析出δ相使合金中大量的固溶强化元素亏损，，，使重要强化相γ''中的Nb元素和γ''相的数量削减，，，导致合金的强度降低和塑性提高。Li等[6] 对钴基高温合金进行持久等温时效发现，，，高不变性的MC型碳化物和γ'相共同影响热等静压镍基粉末高温合金的屈服强度，，，其中γ'相的贡献最大。此外，，，拥有多模式尺寸散布的γ'相有助于改善该合金的拉伸机能。Le等[7] 将Inconel 718合金在900 ℃老化分歧时长后发现，，，粗壮的γ''相与基体之间的共格性的失落使合金硬度不能显著提高。900 ℃/4 h 时效处置，，，使合金的硬度只比固溶态高37.06HV。本文对经过尺度热处置后的 GH4169 镍基高温合金在900 ℃进行持久时效处置，，，钻研高温时效对其机能的影响。

1、尝试步骤

1.1尝试用GH4169镍基高温合金的制备

用真空感应炉冶炼和真空电弧重熔制备尝试用GH4169镍基高温合金。将铸锭均匀化扩散退火后进行铸造轧制(热轧)开坯，，，坯料的直径为50mm。GH4169镍基高温合金的化学成分(质量分数，，，%)为C 0.08,Cr 19.00,Ni 52.00,Co 1.01,Mo 3.10,Al 0.50,Ti0.87,Nb5.20,Si0.34,Mn0.36,其余为Fe。

用SX-G12123马弗炉对热轧后的GH4169镍基高温合金别离进行尺度热处置工艺和持久时效热处置。热处置规划如图1所示。

1.2机能表征

用线切割从分歧热处置后的GH4169镍基高温合金坯料截取金相试样，，，其尺寸为10mmx10mmx 10mm。将金相试样用400#、800#、1000#、1200#和1500#砂纸打磨和机械抛光，，，而后用侵蚀剂(10mL HCl+10mLH2O2+5mL C2H5OH)侵蚀。用Zeiss LSM700型光学显微镜观察试样的微观组织;选取TESCAN MIRA3型场发射扫描电镜(SEM)观察热处置后试样的显微组织，，，用SEM附带的Oxford X-MaxN型能谱仪(EDS)分析析出相特点;用SmartLab X射线衍射仪(XRD)测试试样的XRD谱。衍射仪扫描角度领域为10°~90°，，，扫描速度10(°)/min。用EPMA-1600型电子探针(EPMA)微量分析试样的成分。凭据GB/T230.1-2018用FALCON500显微/宏观维氏硬度计测试试样的维氏硬度。测试硬度用的试样是打磨、抛光、侵蚀后的金相试样，，，其尺寸为10mm×10mm×10mm。在每个试样上各打12个硬度点，，，取其均匀维氏硬度值。凭据GB/T228.1-2010用ATM106型拉伸尝试机进行室温拉伸尝试，，，沿铸锭的轧制方向截取棒状拉伸试样，，，试样直径为5mm，，，标距为25mm，，，拉伸速度为1mm/min。对分歧时效时长的试样反复2次尝试，，，取其了局的均匀值。用TESCAN MIRA3型SEM观察拉伸断裂后试样断口的描摹。凭据GB/T229-2020进行冲击尝试，，，沿轧制方向截取和制备V型缺口试样，，，其尺寸为55mm×10mm×10mm，，，测试9个试样取其了局的均匀值。在JB-5型摆锤式冲击尝试机上进行冲击尝试，，，尝试机的初始势能为480J，，，尝试温度为20℃。测试分歧时效时长的3组试样，，，取其了局的均匀值。用SEM观察冲击试样的断口描摹。

2、了局和会商

2.1 GH4169镍基高温合金的显微组织

图2给出了经分歧热处置GH4169镍基高温合金的显微组织。图2a给出了尺度热处置后试样的组织，，，可见其以奥氏体为主，，，在奥氏体晶界有析出相。图2b给出了时效500h后试样的组织，，，可见其基体仍为奥氏体，，，在基体上可见弥散散布的针状析出相，，，晶粒尺寸没有显著的变动;图2c给出了时效1134h后试样的组织，，，与时效时长500h的组织相比没有显著的变动。其原因是，，，尺度热处置后再进行分歧时长时效只是析出相的地位产生了变动[8-11]。

图3别离给出了尺度热处置和时效分歧功夫GH4169镍基高温合金的XRD谱？？Ｄ芄豢闯觯，在谱中出现了显著的y(111)、y(200)、y(220)衍射峰;对分歧时效功夫试样的XRD谱的MDIjade软件分析了局批注，，，在y(111)与y(200)之间还出现了Ni3Nb(211)(即δ相)的衍射峰，，，y(111)衍射峰的强度最高;与长功夫高温时效试样中的δ相弥散散布相比，，，尺度热处置后试样中只有存在于晶界且含量较低的δ相，，，因而在图3中未出现8相的衍射峰。

图4给出了分歧热处置试样中析出相的描摹。尺度热处置试样中的析出相，，，有遍布于基体的y'、亚稳相y"相以及散布在晶界的δ相(图4a中蓝色箭头所指)和碳化物;在尺度热处置后再进行900℃长不断效的试样，，，其基体中的亚稳相y"向8相转变图4b中的针状和短棒状析出相，，，是8相。随着时效功夫耽搁到1134h，，，晶界上的δ相显著粗化。与图4b、c对比批注，，，短棒状δ相大多在晶界析出，，，而针状δ相大多在晶粒内。这批注，，，短棒状δ相变为针状δ相[14]。δ相与基体中y相之间的畸变应变能较大，，，为了降低变形应变能针状δ相在晶粒内沿特定方向延长。

图5给出了在分歧前提热处置后GH4169镍基高温合金试样的TEM照片？？Ｄ芄豢闯觯，随着时效功夫耽搁到1134h，，，晶界上的δ相粗化并产生裂解[15]，，，如图4c黄色虚线框和图5c蓝色虚线框所示。图4c中晶粒内的针状δ相也出现裂解的趋向;使用图像处置软件Image-Pro Plus对图4中的析出相的统计分析了局，，，列于表1。与尺度热处置的试样相比，，，高温长功夫时效后的试样中δ相的含量提高且均匀尺寸增长。时效功夫持续耽搁则δ相的含量(体积分数)由时效500h时的14.2%提高到时效功夫为1134 h时的15.1%，，，且其均匀尺寸也随之增长。

表1 在分歧前提热处置后试样中δ相的含量和尺寸

Table 1 δ-phase content and dimensions of specimens under different heat treatment conditions

图6a给出了尺度热处置试样中的析出相的状态，，，EDS点扫了局列于表2。图6a中蓝色箭头所指的析出相确定为在晶界析出的粒状δ相，，，EDS了局批注基体内是y'+y"相。试样中δ相的析出温度领域为720~980℃，，，析出的峰值温度约为900℃，，，溶化的肇始温度为980℃，，，到1020℃齐全溶化[15,16]。图6b给出了时效处置500h试样中的析出相，，，重要是晶界上的棒状析出相和晶粒内的针状析出相。EDS分析确定针状析出相和晶界的析出相为δ相，，，点扫了局列于表2地位3;图6c给出了时效1134h试样中析出相的状态？？Ｄ芄豢闯觯，随着时效功夫的增长晶界和晶粒内的析出相粗化、尺寸有所增长，，，出格是晶粒内的针状δ相。δ相的重要组成是Ni3Nb,还富集有Fe、Cr、Mo等元素。推算了局批注，，，这些金属元素的原子比都约为3:1[17]。

表2列出了在分歧前提下热处置合金试样基体和δ析出相的成分，，，其中序号1,3,5别离为尺度热处置、持久时效试样中δ相的成分，，，序号2,4,6为无析出相处成分，，，如图6a~c中所示序号。与分歧热处置试样分歧地位的EDS了局对比，，，可见在无析出相处Nb元素贫化。对于分歧热处置的试样，，，热处置温度低于δ相析出峰值温度时Nb元素以γ"相的大局存在[18]。在高温时效的试样中，，，γ"相中的Nb元素转变到δ相中。结合表1可见，，，随着δ相含量的提高Nb随之显著贫化。

表2 在分歧前提热处置后，，，GH4169镍基高温合金中δ相的成分及其两侧无析出处的成分

Table 2 δ-phase compositions and compositions of GH4169 nickel-based superalloy without precipitation on both sides of δ-phase under different heat treatment conditions

图7给出了分歧时效功夫的试样中析出相的EPMA了局。由图7a、b可见，，，试样中的重要析出相是δ(Ni3Nb),在晶界δ相的地位，，，δ相的尺寸越大Cr元素的贫化越显著。同时，，，如表3所示，，，在析出相两侧Nb元素贫化。

2.2 GH4169镍基高温合金的硬度

GH4169镍基高温合金的硬度列于表3？？Ｄ芄豢闯觯，尺度热处置的GH4169镍基高温合金其硬度最高为497.44HV;时效热处置1134h的试样其均匀硬度最低，，，为267.28HV。分歧时长时效试样的均匀硬度均低于尺度热处置试样的硬度。时效500h的试样其均匀硬度与时效1134h试样的均匀硬度根基一样。试样硬度的降低可归因于其在高温持久时效过程中δ相的析出。尺度热处置的试样中不变的δ相随着时效的进行先在晶界析出，，，对晶界迁徙的钉扎产生细晶强化;随着时效功夫的耽搁δ相在晶内析出，，，重要是奥氏体晶粒内大量的γ"相产生相变;同时，，，固然高温时效试样基体中的强化相γ与不变相的非共格关系使转变所需的能量较大，，，但是较高的温度可使δ相在基体的γ相中析出[19]。弥散散布在晶粒内针状δ相的增长亏损了较多的强化相γ+γ"，，，最终使试样的硬度降低[20]。

表3 在分歧前提热处置后GH4169镍基高温合金的力学机能

Table 3 Mechanical properties of GH4169 nickel-based superalloy under different heat treatment conditions

2.3 GH4169镍基高温合金的室温拉伸机能和断口描摹

3种分歧热处置试样的室温拉伸机能列于表3？？Ｄ芄豢闯觯，尺度热处置的GH4169镍基高温合金其屈服强度和抗拉强度都最高。由图4可见，，，尺度热处置试样的基体重要是强化相γ+γ";在高温持久时效后的试样，，，其抗拉强度和屈服强度显著降低而断后延长率显著提高。时效功夫为500h的试样，，，其断后延长率为35.5%。尺度热处置试样的拉伸后断后延长率为19.75%，，，塑性约提高80%。图8给出了分歧热处置试样的室温拉伸应力-应变曲线。由图8可见，，，在弹性变形阶段曲线险些重合，，，批注在此阶段分歧热处置试样的弹性模量变动较小;从塑性变形阶段起头，，，高温时效试样中不变相δ的含量起头提高而强化相γ+γ"削减，，，使屈服强度和抗拉强度降低而塑性提高。

图9a~c给出了尺度热处置试样的典型拉伸断口描摹。图9a给出了试样的宏观断口描摹;图9b给出了启裂区的微观断口描摹？？Ｄ芄豢闯觯，断口中心区域的理论较为粗糙，，，圆形凹痕是等轴韧窝(图9b中红色虚线);图9c给出了扩大区的描摹，，，可见断口边缘区域较为平坦，，，出现“鱼鳞状”，，，韧窝浅小。图9d~f给出了时效500h试样的拉伸断口描摹，，，宏观描摹如图9d所示？？Ｄ芄豢闯觯，与尺度热处置试样相比其断口较为平坦;图9e给出了断口启裂区的描摹，，，可见断口上还有亮白色的扯破棱。这些扯破棱由藐小的韧窝组成，，，有的则因沿针片状δ相开裂而形成光滑断面，，，为柳叶片状韧窝(图9e中的蓝色虚线框);图9f给出了断口扩大区的描摹，，，可见其由较浅的柳叶片状韧窝和较少的藐小等轴韧窝组成，，，整体较为平坦。图9g~i给出了时效1134h试样的拉伸断口描摹，，，宏观描摹如图9g所示？？Ｄ芄豢闯觯，与时效的500h试样相比断口整体较为平坦;断口启裂区的描摹与图9e中的描摹相近，，，断口上出现亮白色的扯破棱，，，为柳叶片状的韧窝和等轴韧窝(图9h中红色和蓝色虚线框);图9i给出了断口扩大区的描摹，，，与图9f中的描摹分歧的是，，，时效1134h后固然也出现了柳叶片状的亮白色扯破棱，，，但是较小的柳叶片状韧窝的尺寸有所增长，，，由于遍布于基体中的δ相产生了粗化。

为了进一步确定持久高温时效试样的断裂特点，，，对时效1134h试样的拉伸断口描摹进行了EDS分析，，，面扫了局如图10所示。图10a给出了沿析出相开裂的亮白色扯破棱SEM照片，，，图10b~d给出了Nb、Cr和Ni元素的散布。从图10a中蓝色虚线框区域对应的元素散布可见，，，在扯破棱两侧出现Nb、Cr和Ni元素的贫化。结合表2和图7EPMA了局能够确定，，，断口启裂区中这种亮白色扯破棱是沿着8相开裂形成的。

2.4 GH4169镍基高温合金的冲击韧性与断口描摹

3种分歧热处置试样的冲击尝试了局列于表3？？Ｄ芄豢闯觯，尺度热处置试样的室温冲击吸收功为58.17J;时效500和1134h的试样其冲击吸收功均匀值均为46.83J，，，都低于尺度热处置GH4169镍基高温合金的冲击吸收功。Zhang等[21]的钻研批注，，，随着δ相含量的提高冲击韧性降低，，，表3中的了局与其一致。

分歧热处置前提的试样其典型冲击断口描摹如图11所示。图11a给出了尺度热处置试样的冲击宏观断口描摹，，，可见重要由缺口左近的启裂区、裂纹扩大区以及两侧的剪切唇区组成，，，在图11a平别离用1,2,3暗示。启裂区的断口描摹重要由较浅的韧窝组成，，，且在韧窝中出现了蛇形滑移花腔，，，如图11b中红色虚线和绿色箭头标注所示。裂纹扩大区的韧窝比启裂区的韧窝浅，，，即面上的凹坑较浅(图11c)。剪切唇区的描摹与裂纹扩大区的相近，，，也出现了蛇形滑移花腔(图11d中的绿色箭头所指);尺度热处置试样的断裂为准解理断裂。图11e~h给出了时效500h试样的典型冲击断口描摹。图11f给出了启裂区的断口描摹，，，可见长条状韧窝较浅。针状的δ相存在使断口沿δ相开裂而形成光滑断面，，，与拉伸断口描摹类似出现柳叶片状韧窝。图11g给出了裂纹扩大区的断口描摹？？Ｄ芄豢闯觯，与启裂区相比，，，棱状扯破产生的韧窝更细。，也有较浅的韧窝。剪切唇区的断口，，，由较浅的藐小等轴韧窝和少量的条片状韧窝组成，，，如图11h所示。图11i~l给出了时效1134h的试样的典型冲击断口描摹。启裂区的断口描摹与时效500h试样的断口描摹相近，，，重要由较浅的棱状扯破韧窝和解理断面组成，，，如图11j所示。裂纹扩大区的描摹与启裂区的描摹类似，，，但是韧窝更少且柳叶片状韧窝的尺寸比启裂区的更。，有优良的方向性(图11k)。图111给出了剪切唇区的描摹，，，也阐发为棱状扯破。

3、结论

(1)尺度热处置的GH4169镍基高温合金基体是奥氏体(y相)，，，晶界有少量的短棒状δ相;持久高温时效后亚稳γ”相向δ相(Ni3Nb)转变，，，短功夫时效后δ相含量激增，，，在晶界呈短棒状和在晶内呈针状克制了晶粒的长大;长功夫时效后δ相粗化、晶界裂解，，，晶内针状δ相沿特定方向延长以降低应变能。

(2)尺度热处置后这种合金的强度和硬度最高，，，但是塑性较低。高温持久时效使硬度和强度降低、塑性提高和冲击吸收功降低。

(3)尺度热处置试样呈典型韧性断裂。持久时效后δ相的析出、散布及粗化影响合金的机能和断裂机制。

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（注，，，原文标题：：高温时效对GH4169镍基高温合金机能的影响_郑建军）