冷變形對IN783在β時效過程中組織和性能的影響

邊洪巖，胡林榮，陳 鵬，周 雨

(貴州黎陽國際制造有限公司，貴州 安順 561102)

隨著當代航空領域的不斷發展，與此同時航空發動機的使用性能要求不斷提高，所以要大力發展高水平的高溫合金來滿足航空業發展的需求[1-2]。IN783合金是Fe-Ni-Co基奧氏體高溫、低膨脹型合金，是目前民用航空發動機的機匣類件的重要材料。該合金中添加Cr、Al等合金元素，能提高IN783合金的抗氧化性、抗裂紋擴展性[1，3]。為了研究冷變形對IN783合金在時效處理的作用，開展了β處理對IN783合金組織與性能的影響研究。目前IN783合金研究領域還不是很廣泛，本文重點考察了IN783合金在不同的冷變形下在β時效處理的組織和力學性能的影響，為后續研究IN783合金創造便利的條件。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料制造

實驗用料為Φ150×100 mm的進口的IN783合金棒材，IN783合金的化學成分見表1，該棒材經過1140 ℃按尺寸□90×L mm一火次改鍛成形，然后空冷。

改鍛后的方料進行固溶處理：1100 ℃保溫60 min，空冷。其固溶后顯微組織見圖1。改鍛后的IN783合金已全部再結晶，其晶粒均勻，并伴有少許改鍛后的孿晶組織，晶粒度為ASTM 6-7級。利用線切割機沿方料的縱向切取Φ10×10 mm的式樣若干。

表1 IN783合金的化學成分

圖1 IN783固溶的顯微組織(200×)

1.2 實驗方案

將所切試樣全周面的打磨、拋光，見光即可。在試樣預壓縮端面涂抹石墨潤滑劑，利用電子拉伸試驗機將2#～4#試樣按表2的要求進行冷壓縮，壓縮速率為0.5 mm/min。所有試樣按表2的β時效工藝進行時效。時效后利用掃描電鏡觀察試樣的顯微組織的變化情況，利用顯微硬度機檢測硬度變化的規律情況。

表2 試驗方法

2 結果與分析

2.1 不同冷變形量對β相析出的影響

若在合金達到塑性變形的情況下，一定會在合金基體內產生不等量的位錯滑移帶。查閱文獻得知：843 ℃是IN783合金β相的析出的峰值[4]，所以不同的變形量IN783合金在843 ℃時效溫度下對β相含量的影響非常顯著。圖1和圖2可知，β相大部分都在晶界處析出比較明顯，并且尺寸細小呈顆粒狀，晶內數量較少呈針狀析出，伴隨著有冷變形進行時效，如圖2在晶界和晶內析出數量增大，圖3和圖4可看到β相開始在晶內大量析出，并開始長大呈細針狀，這時大量的位錯滑移帶起到了絕對作用，時效時位錯集聚了大量能量待β相析出。可以看出變形量越大，析出數量越多，析出β相的尺寸也越大。金屬材料在時效過程中，析出相總是依附晶界和位錯最先析出，因為這兩個地方是能量的聚集地。

圖2 IN783在β時效后的顯微組織

2.2 不同冷變形量對性能的影響

將試樣進行 845 ℃時效的IN783合金的變形量在0到15%，顯微硬度從HV=292～328變化，從曲線中看出，經過冷變形的試樣，整體比未經過冷變形的硬度偏高。

由圖3可知，隨著變形量的增加，材料基體的顯微硬度有所增加，這是由于隨著變形量的增加，材料基體內部產生一定量的滑移帶，起到形變強化的效果，變形量越大，顯微硬度也越高，但是隨著變形量的不斷增加，硬度在3#樣和4#樣之間增大趨勢減少，這可以發現β相析出相的增加很大幅度上不能使基體材料硬度增高，所以可以確定β相并不是該材料的主要強化相。

圖3 顯微硬度變化曲線

3 結論

1)隨著冷變形量的增加，IN783在β時效后β相析出的含量從緩慢到大量增加，起初冷變形量在0～5%時，β相大部分都在晶界處析出比較明顯，并且尺寸細小呈顆粒狀，冷變形量在10%～15%時，β相開始在晶內大量析出，并開始呈細針狀長大；

2)IN783合金伴隨著β相的增多，表面的顯微硬度也稍微有增大，但是幅度不大；同時在同等差值的變形量增加，這種位錯強化效果也不斷增強。