不同熱處理工藝對GH4169合金δ相析出的影響

崔文明，張京玲，張 瑞

（1.國合通用測試評價認證股份公司，北京 101400；2.國合通用（青島）測試評價有限公司，山東 青島 266000）

1 概述

GH4169合金因在-253℃～650℃溫度范圍內具有良好的綜合性能，同時具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能以及良好的加工、焊接性能，成為了航空、航天動力及石油化工中高溫工作構件的首選材料[1]。

GH4169合金組織對熱加工工藝特別敏感，掌握合金中相析出和溶解規律及組織與工藝、性能的相互關系可為不用應用環境的產品制定合理的熱處理工藝。本文主要研究不同固溶處理溫度對δ相析出行為的影響。

δ相是穩定的共格相，正交晶系結構。δ相析出能夠控制晶界遷移，起阻止晶粒長大的釘扎作用，另外適量的δ相還對提高合金塑性、降低缺口敏感性具有重要作用，但過量的δ相會成為裂紋萌生和發展的通道，使合金的性能惡化[2]。

GH4169合金的標準熱處理一般分為固溶和沉淀時效兩階段。航空航天材料規范AMS 5662規定GH4169合金固溶熱處理方式：加熱至940℃～1010℃范圍內某一溫度，在所選溫度的±14℃下保溫，然后按空冷或更快的速度冷卻。沉淀時效方式為：加熱至718℃±8℃，保溫不少于8h，然后以每小時56℃±8℃的速率冷卻至621℃±8℃，在621℃±8℃下保溫不少于8h后空冷。假如調整在621℃±8℃下的保溫時間，從而使整個時效熱處理時間不少于18h，則可采用以任意速率的爐冷來替代以每小時56℃±8℃的速率冷卻至621℃±8℃。

根據該合金的特點，本文主要研究在不同的固溶溫度和時間下δ相的析出規律。

2 材料及試驗

本試驗采用GH4169棒材，其成分含量見表1，試驗前材料的金相組織見圖1，其晶粒度為30%8.0級，70%2.5級，無δ相析出。本試驗采用單級固溶處理和雙級固溶處理制度，其中單級固溶處理制度為：分別在970℃，960℃，950℃，940℃下保溫1h后空冷；雙級固溶處理制度分別為：(a)960℃×1h+870℃×4h；(b)950℃×1h+870℃×4h，均為空冷。

表1 GH4169成分含量（Wt%）

圖1 熱處理前材料組織

3 試驗結果與分析

3.1 試驗結果

觀察單級固溶后試樣的金相結果可見970℃固溶時δ相析出極少，隨著固溶溫度降低，δ相析出量有所增加（見圖2），但總析出量偏少，各溫度下δ相含量均不足1%，且δ相多沿晶界呈顆粒狀析出，940℃固溶時有部分短棒狀δ相析出。固溶處理后試樣晶粒比較均勻，多為等軸狀分布。

圖2 單級固溶處理后δ相形貌SEM和OM組織圖

在固溶溫度960℃，950℃保溫1h空冷后增加二級熱處理工藝870℃保溫4h空冷處理，發現相較單級熱處理工藝，δ相析出量明顯增多，約3.5%，且δ相呈短棒狀、針狀析出，部分區域長出表面呈片狀分布。

3.2 分析與討論

按照航空航天材料規范AMS 5662要求，δ相析出量隨規定固溶溫度下限值940℃升高而減少，970℃固溶時δ相析出極少。

有研究[3]指出，合金中彌散析出的粒狀、短棒狀δ相可阻礙位錯滑移和孿晶變形，沿晶界析出的粒狀δ相對裂紋擴展有一定的阻礙作用。根據賈志宏等(3)的研究可知980℃為δ相大量溶解溫度，為得到適量的δ相（相關文件參考[4]最佳析出量為4.8%）及合適形貌的δ相，此批材料應采用規定溫度的下限值，并適當延長保溫時間，以增加δ相的析出量[5]。

圖3 雙級固溶處理后δ相形貌SEM和OM組織圖

4 結論

（1）按照航空航天材料規范AMS 5662要求，GH4169合金固溶熱處理方式為940℃～1010℃，在此范圍內，δ相最佳固溶處理溫度為940℃。