熱處理對GH2132合金組織與性能影響的研究進展

趙 振, 張十慶*, 李 方, 王 宏, 何欽生,鄒興政, 王兆英, 白雨松

（1.重慶材料研究院有限公司，重慶 400700；2.國家儀表功能材料工程技術研究中心，重慶 400700；3.高性能耐腐蝕合金重慶市重點實驗室，重慶 400700）

高溫合金是指以Fe、Ni、Co為基，能在600 ℃以上高溫及一定的應力作用下長期工作的金屬材料，該合金在各種溫度下具有良好的組織穩定性和使用可靠性，加之合金化程度很高，故在英美又稱之為超合金（Superalloy）[1]。我國的渦輪盤材料在20世紀50年代末是以生產650 ℃以下使用的仿制前蘇聯ЭИ481合金，即以Fe-Cr-Ni-Mn為基，通過VC和M23C6型碳化物強化的鐵基合金GH2036開始，由于GH2036合金中碳化物強化的組織不穩定性以及工藝上和綜合力學性能上的一系列弱點，從而促進了仿美以Ni3（Ti，Al）型γ'相為強化的鐵基高溫合金的生產，其中代表材料就是GH2132[2-3]。GH2132是一種時效強化型鐵基高溫合金，相近的牌號有美國的A286和法國的ZbNCT25（下文統稱為GH2132），是以Fe-25Ni-15Cr為基，用Al、Ti進行沉淀強化，用Mo進行固溶強化，并用B進行晶界強化等綜合強化而得，具有優異的綜合性能，廣泛用于550～650 ℃的燃氣輪機、航空發動機等高溫部件，是一個在不太高的溫度下使用的多用途高溫合金[4-7]。

高溫合金無論是以何種元素為基體都是復雜的合金化系統，熱處理對其都是不可缺少的工藝過程，通過改變合金內部組織或改變合金表面的狀態，以提高合金綜合性能滿足實際需要[8-11]。高溫合金采用的最基本熱處理類型是固溶處理和時效處理[12-14]。固溶處理常作為前處理，目的在于使原始加工狀態的第二相溶解，同時獲得所希望的晶粒大小和消除加工的應力，為以后的時效做好準備。時效處理的目的是使合金起主要第二相強化作用的γ'相呈良好狀態析出，具備希望的使用性能。目前針對GH2132合金熱處理分為三類：單固溶處理、固溶+時效處理和變形+時效處理（即直接時效處理），其中固溶+單時效處理[15-29]應用最為廣泛，但有時為了改善合金的綜合性能，還會采用固溶+多級時效的熱處理工藝[15-18，30-32]，以得到不同時效溫度析出的組織良好配合及其反映出來的綜合性能。本文從單固溶處理、固溶+時效處理以及變形+時效處理三方面綜述熱處理制度對GH2132合金組織與性能影響的研究現狀，以期為同類材料熱處理工藝的制定、實施提供參考，拓展同類材料的開發與應用。

1 GH2132合金固溶處理工藝研究進展

1.1 GH2132合金固溶處理對組織的影響

對于GH2132合金，無論是鍛材、熱軋棒或其他鍛件，固溶過程奧氏體晶粒長大規律均相似，且無論對于何種加工產品，原始晶粒度的大小僅影響晶粒長大的絕對值，而不影響晶粒長大的規律[5]。GH2132合金在不同溫度下保溫固溶1 h的晶粒存在兩個明顯的晶粒突然長大階段，第一階段在950～980 ℃范圍內，這是由于晶界上析出相Fe2Ti型Laves相的溶解；第二階段在1040～1080 ℃之間，這是由于晶界M3B2相的溶解，可見GH2132合金在不同固溶處理溫度下的晶粒長大規律與晶界析出相的溶解密切相關。同時，固溶處理的保溫時間對晶粒長大也有一定的影響，在晶粒長大的第一個突變溫度附近，延長固溶處理保溫時間會降低晶粒長大的突變溫度。在晶粒明顯長大的980 ℃或低于此溫度固溶處理，延長保溫時間對晶粒大小有影響，但從滿足晶粒長大的動力學條件來看，固溶處理保溫時間不及固溶溫度的影響大，但可以起到溫度的補充作用。

不同固溶溫度、時間對GH2132合金顯微組織的影響也符合上述規律，同時隨著固溶保溫時間延長，合金內部的固溶退火孿晶數量在增加[21]。固溶退火孿晶是中低層錯能（stacking fault energy，SFE）材料的特征[33-34]。不同尺寸的晶粒中均存在孿晶，表明孿晶是在再結晶和晶粒生長過程中產生的，以降低合金的總邊界能。固溶后的合金中還會存在凝固過程形成的初級Ti（C，N）等碳氮化物夾雜，尺寸大約為0.2～4 μm，多呈方形和圓形[4，35-38]。

1.2 GH2132合金固溶處理對性能的影響

文獻[21]研究了固溶處理溫度（930～1020 ℃×4 h，WC）對GH2132合金顯微硬度的影響，結果表明硬度隨著固溶溫度的增加呈下降趨勢，這是由于固溶后晶粒長大造成的，同時也存在一些強化相的溶解。不同固溶時間（900 ℃×（1～3 h），WC）對GH2132合金拉伸性能影響不大，表現出良好的塑性[16]，這是由于固溶處理后，強化相溶解，合金元素固溶到奧氏體γ基體中，沒有第二相的沉淀強化作用，使得單一的奧氏體基體表現出低強度高塑性的特點[16，24，29，39-40]。

2 GH2132合金固溶+時效處理工藝研究進展

2.1 GH2132合金固溶+時效處理對組織的影響

2.1.1 固溶溫度和固溶時間

不同固溶溫度（（900～1000 ℃）×1 h，WC）+時效（720 ℃×16 h，AC）處理后GH2132合金顯微組織均為大小均勻的等軸晶粒，但隨著固溶溫度的升高，合金的晶粒尺寸逐漸變大，同時存在較多的孿晶晶粒[23，25]。

固溶時間（900 ℃×（1～3 h），WC）越長，時效（710 ℃×16 h）處理后GH2132合金析出相γ'數量越多，同時晶粒有長大傾向[16]。這是由于固溶時間越長，各合金元素溶解于奧氏體中越充分，為時效析出γ'強化相Ni3（Ti，Al）提供了足夠充分的Ni、Ti、Al元素。

2.1.2 時效溫度和時效時間

文獻[17，21，24，26，28]研究了固溶后不同時效溫度對GH2132顯微組織的影響，在620～780 ℃范圍內時效，對晶粒尺寸影響較小，晶粒尺寸基本保持不變。晶粒尺寸不受時效溫度影響主要是因為時效溫度較低，不能提供足夠的能量促使晶粒長大[41]。熱處理工序決定晶粒度大小的因素為固溶溫度和固溶保溫時間，尤其固溶溫度影響最為明顯。因此，要保證晶粒度合格，必須在標準規定的固溶溫度和時間范圍內選擇最低的固溶溫度和最短的固溶保溫時間。相比僅進行固溶的組織，合金經固溶和時效處理后，組織晶界清晰，并伴有少量固溶處理后再結晶過程中通過堆垛層錯生長而形成的孿晶[20，24]。同時，隨著時效溫度的升高（700～740 ℃），出現較多細小的孿晶晶粒，晶內孿晶數量減少，孿晶板條變寬[26]，該過程主要是以合并機制逐漸減少板條數量而使板條擴寬，最終寬板條的孿晶界面由于位錯的運動而消失[41]。文獻[16-17，21]研究了不同時效溫度對GH2132合金組織形貌的影響，隨著時效溫度的升高，γ'相數量逐漸增加，尺寸逐漸變大。這是由于較高的時效溫度有利于合金原子的擴散，強化相更易析出，且析出相尺寸大，易偏聚，因此較低的時效溫度比高的時效溫度更易析出彌散細小的γ'相，700 ℃時效時晶界有少量碳化物析出，730 ℃時效時晶界上的碳化物析出增多。

在較低溫度700 ℃時效時（固溶工藝950 ℃×1 h，WC），時效時間對合金組織影響較大，當時效溫度升高至740 ℃時，時效4、14、16 h的顯微組織基本趨于一致[26]。文獻[15，21，28]研究了固溶后不同時效時間對GH2132合金強化相γ'的影響，如圖1所示。可以看到，隨著時效時間的延長，γ'相逐漸長大。強化相長大規律符合LSW（lifshitz slyozov wagner，LSW）理論，該理論認為析出沉淀相的平均直徑隨著時效時間的立方根增加而增加，該過程由體積擴散控制[42-43]。LSW理論已在一些研究GH2132合金文獻中得到證實[21，44-47]，因而可根據某一時效溫度下強化相的直徑D（nm）與時效時間t（h）的關系獲得強化相長大模型，以此來預測合金在該溫度時效中γ'強化相長大過程。同時，隨時效時間延長，晶界有碳化物析出。當時效時間達到2 h以上時，晶界除了析出碳化物，也析出了呈片層或胞狀、沿晶界呈一定角度的有害相η相，且隨著時效時間延長逐漸長大。

圖1 不同時效時間后GH2132合金強化相γ'尺寸及晶界形貌[15，21，28]Fig. 1 Strengthening phase γ' size and grain boundary morphology images of GH2132 alloy after different aging time[15，21，28]

γ'相是不穩定的，時效過程會導致γ'/γ中晶格失配度增加，產生的層錯會進入到γ'相中，使其不穩定，導致發生γ′→η轉變[48-51]。通常析出η相的區域周圍無γ'相，即η相是以犧牲γ'相為代價形成的[35，52-54]，如圖2所示，該現象在其他諸如鎳基高溫合金Nimonic 263中也可觀察到[55]。GH2132合金是典型的高鈦低鋁型高溫合金，而具有高Ti/Al比的鐵基合金在高溫時效或高溫變形過程中易發生η相沉淀，但通常只有在過時效處理后才能觀察到胞狀η相[19，56-59]，例如在Brooks[38]和Cicco[52]研究中，分別在720 ℃時效450 h和730 ℃時效217 h后發現了胞狀η相，然而在Zhao等[4]研究中，740 ℃時效8 h便觀察到胞狀η相。再者，η相之所以會沿晶界析出，一方面是由于晶界位置能量較高，η相會在晶界處形核、長大，并生長到晶粒內部[56，60-73]；另一方面是由于硼和鈦都傾向于在晶界處偏析，奧氏體合金中硼的偏析傾向遠高于鈦，通常以非平衡（偏聚）的方式偏析[64-68]。固溶處理期間在晶界處偏析的硼原子會抑制鈦原子向晶界擴散，因此在時效處理期間沒有足夠的鈦原子用于η相的成核或生長，隨著時效溫度或時效時間的增加，擴散到高能晶界的鈦原子增加，導致η相在該處沉淀[4]。800 ℃以上溫度時效時，析出相η相呈針狀魏氏體（圖2（b）），通過沉淀無法達到硬化合金的效果[52]。

文獻[32]研究了固溶處理后（900 ℃/2 h/OQ）兩級時效制度對合金顯微組織及γ'相形貌的影響，不同時效工藝對合金的晶粒尺寸及γ'相形貌影響不大，但對γ'相尺寸影響明顯。隨第一級時效溫度的增加，γ'相尺寸逐漸增加，說明γ'相析出與熱處理溫度及隨后時效過程有緊密聯系。合理的選擇兩級時效制度，如兩級時效720 ℃×16 h+650 ℃×16 h，可以獲得不同尺寸的γ'相，且數量多于720 ℃單級時效時得到的γ'數量[17]。時效制度制定不合理，如兩級時效（718 ℃×1 h+660 ℃×1 h）相比單時效（718 ℃×1 h），會造成兩級時效效果不明顯，γ′相聚集、長大的同時在晶界位置形成碳化物M23C6大顆粒[15]，若時效溫度過高，如兩級時效（760 ℃×16 h+700 ℃×16 h），雖然會析出尺寸不同的γ'相，但同時也會析出尺寸較大而且數量較多的碳化物M23C6以及有害η相[4，16]。

2.2 GH2132合金固溶+時效處理對性能的影響

2.2.1 固溶溫度和固溶時間

調整合金的固溶處理溫度，是在保證γ'相完全溶解的條件下，主要控制晶界相的溶解（或析出）以及合金晶粒度大小。GH2132合金是奧氏體多晶材料，由于晶界對位錯運動的阻礙作用以及各晶粒取向不同，所以晶粒越細小，晶界面積越多，對材料的強化越明顯，即細晶強化[69]。文獻[5，23，25]研究了不同固溶溫度對時效后GH2132合金室溫力學性能的影響，如圖3所示。900～950 ℃溫度范圍固溶處理對GH2132合金晶粒度變化不大，因而合金的瞬時力學性能沒有差別。隨著固溶處理溫度的升高，開始出現大晶粒，晶界數量減少，阻礙位錯運動的障礙變少，同時也有可能由于某些晶界析出相的動態[21]，使合金室溫性能的強度指標下降的趨勢較為緩慢一些。同時可以看到，添加微量的合金元素Nb（0.082%）可以提高合金的強度，但對塑性影響較小[23]，這是由于γ'相強化的鐵基高溫合金，Nb主要溶解于γ'相，形成Ni3（Al，Ti，Nb），具有增大γ'相反相疇界能、增加γ'相數量以及提高γ'相穩定性的作用[70-72]。

圖3 不同固溶處理溫度對GH2132合金室溫力學性能的影響[5，23，25] （a）抗拉強度；（b）屈服強度；（c）伸長率；（d）斷面收縮率Fig. 3 Effect of different solution treatment temperatures on mechanical properties of GH2132 alloy at room temperature[5，23，25] （a） tensile strength；（b） yield strength；（c） elongation；（d） reduction of area

文獻[16]研究了固溶時間對時效后（710 ℃×16 h）GH2132合金室溫力學性能的影響，時效能在單固溶的基礎上將抗拉強度和屈服強度分別由700 MPa和300 MPa提高到1200 MPa和700 MPa，但時效態塑性相對固溶態大幅度下降。同時，與固溶態拉伸性能幾乎不隨固溶時間的影響截然不同，時效態拉伸性能隨固溶時間的延長，抗拉強度逐漸提高，屈服強度逐漸降低，伸長率和面收縮率也有小幅上升。由于固溶時間越長，固溶處理越充分，為時效析出γ'強化相提供足夠充分的Ni、Ti、Al等元素，γ'相以切割或繞過機制阻止位錯的運動作用越強，促使合金得到強化，但γ'相析出數量的增加是不利于塑性的，因此γ'相析出增加的同時，會有回復和再結晶軟化機制，固溶時間越長，回復和再結晶發生越充分。

2.2.2 時效溫度和時效時間

GH2132合金在時效過程中主要析出和基體共格的Ni3（Ti，A1）型γ'相，造成合金強烈地析出硬化效應，其含量的多少直接影響著合金的性能，特別是其析出相的形狀、尺寸大小、數量和分散情況[1，45，60，63，73-81]，γ'強化相內還存有少量位錯[82]。如圖4（a）所示GH132合金經980 ℃/1 h/OC固溶處理后，分別在650～930 ℃溫度范圍內進行不同時間時效得到的時效硬化曲線，可以看到，合金在650～830 ℃之間時效，都有明顯的由于γ'相析出所造成的硬化現象，但在710～720 ℃左右的時效硬化效果最為顯著。從圖4（b）所示的不同時效時間的硬化曲線看出，選擇常用的16 h時效時間，合金的硬化峰值也是在710～720 ℃左右，高于720 ℃時效硬化效果就明顯降低，但在稍低一些的溫度時效合金仍能保持相當的硬化效果。

圖4 GH2132合金的時效硬化曲線[5] （a）時效溫度；（b）時效時間Fig. 4 Aging hardening curve of GH2132 alloy[5] （a） aging temperatures；（b） aging times

文獻[5，16-17，24，28]研究了不同時效溫度對GH2132合金室溫力學性能的影響，如圖5所示。可以看到，GH2132合金無論是900 ℃還是980 ℃固溶處理后，時效溫度對合金室溫力學性能的影響規律基本上是一致的。再者，合金的室溫拉伸強度指標都是在700～730 ℃時效獲得峰值，與時效硬化曲線規律一致，同時塑性指標有不明顯的下降，這是由于合金在700～730 ℃時效，γ'相析出的數量與大小得到了良好的配合，均勻分布的γ'相有效阻礙了位錯運動，所以合金具有較高的強度。時效溫度低于700 ℃，γ'相析出的不充分，合金的強化程度不夠。時效溫度過高（730 ℃以上），由于γ'相的聚集長大及部分η相析出，使合金的強度下降。這是由于有害相η相通常是合金變形過程中微孔成核和聚結的首選位置，尤其在晶界處更有利于微孔聚集，導致斷裂優先發生在晶界處，嚴重惡化了合金在應用中要求的強度和塑韌性能[4，37-38，83-88]，但胞狀η相可以抑制晶界在高溫變形期間的滑動和開裂，從而提高合金的高溫塑性[56]。分布于晶界的有害相，在析出量相同的情況下，對大晶粒的影響程度較之小晶粒更嚴重，這是由于晶粒越小，晶界面積越大，晶界上有害相分布的密集程度降低弱化了有害效果[89]，同時觀察到，在700～730 ℃之間時效，隨著時效溫度的升高，出現抗拉強度降低、屈服強度升高，伸長率和面收縮率基本保持不變的趨勢，可能是較其他工藝固溶時間較長使固溶更加充分，導致在700 ℃時效比較高溫度時效有更大的強化作用[16]。時效溫度對合金的硬度和剪切強度影響規律與對拉伸強度影響類似，即隨著時效溫度的提高呈現先增加后降低趨勢[17，21，28]。

圖5 時效溫度對GH2132合金室溫力學性能的影響[5，16-17，24，28] （a）抗拉強度；（b）屈服強度；（c）伸長率；（d）斷面收縮率Fig. 5 Effect of aging temperature on mechanical properties of GH2132 alloy at room temperature[5，16-17，24，28] （a） tensile strength；（b） yield strength；（c） elongation；（d） reduction in area

文獻[26]研究了GH2132合金在固溶后（950 ℃×1 h，WC）不同時效溫度和時間（（700～740 ℃）×（4～18 h），AC）對合金力學性能的影響。時效4 h后，隨著時效時間的延長，抗拉強度和屈服強度分別在1000 MPa和700 MPa左右波動，伸長率和斷面收縮率分別在28%和46%上下波動，720 ℃時效后抗拉強度最高，740 ℃時效后抗拉強度最低。時效溫度不同，對應強度或塑性指標峰值的時間也不同。時效溫度越高，到達峰值所需時間越短[44]。

時效溫度較低時（980 ℃×1 h+680 ℃），時效時間越長（16～24 h），抗拉強度和硬度均呈增加的趨勢[27]。時效溫度較高時（982 ℃×1 h，OC+718 ℃[15]、960 ℃×1 h，WC+730 ℃[21]），時效1 h硬度便達到最大值，時效時間進一步延長，合金硬度開始下降，但降低緩慢，再次說明提高時效溫度可明顯縮短拉伸、硬度等性能數值到達峰值的時間，但獲得的性能指標不一定是最高的。

文獻[15-17，32]研究了固溶后不同兩級時效工藝對GH2132合金力學性能的影響，690～720 ℃之間時效，隨時效溫度升高，合金的屈服強度明顯升高，而抗拉強度變化較小，伸長率和斷面收縮率降低。720～760 ℃之間隨時效溫度增加，強度降低，塑性變差，可見，影響合金屈服強度和抗拉強度的熱處理參數主要是時效溫度。隨多段時效溫度提高，當時效溫度太低，強化相γ'析出不明顯，合金的抗拉強度和屈服強度都較低；隨著時效溫度進一步提高，合金中析出的γ'相數量和尺寸增加，會引起強度的提高；當時效溫度進一步提高時，會產生過時效現象，部分γ'相轉變為η相，造成合金性能下降。η相作為有害相，它的析出一方面降低了γ'強化相含量，一方面脆化晶界，使合金的性能下降。此外，當γ'相進一步長大時，位錯和析出相的交互作用由切割機制變為繞過機制，析出相對位錯運動的阻礙程度降低，位錯變得更容易運動，滑移系容易開動，合金的性能下降，所以，析出相的尺寸不宜過大也不宜過小[21]。時效過程若析出尺寸較大而且數量較多的碳化物M23C6，會降低晶界強度和減小強化相γ'相的析出，降低合金強度[16]。碳化物不僅降低了晶界結合力，破壞晶界連續性，而且成為裂紋源，使合金易發生脆性斷裂[15]。

合理地選擇固溶+兩級時效工藝可明顯提高合金的綜合力學性能，但若兩級時效工藝選擇不合理，獲得的合金性能會低于單時效性能[16-17]。

3 GH2132合金變形+時效處理工藝研究進展

3.1 變形量對GH2132合金組織與性能的影響

小量變形對GH2132合金晶粒長大是很敏感的，該合金的臨界變形量約為2%，為防止晶粒異常長大，通常冷變形量必須超過6%[90]。GH2132合金隨形變量增加晶粒逐漸由等軸變為纖維狀，晶粒方向性趨于明顯，形變量在30%以內時，組織基本為等軸晶，存在較多孿晶，形變量超過35%時，組織纖維化明顯，晶界模糊，晶內出現明顯的變形痕跡[91-92]。熱軋態GH2132合金固溶處理后，在再結晶退火過程中會同時形成大量的“退火孿晶”，采用合理的后續熱處理工藝不會造成晶粒的異常長大，仍可保留冷作變形強化效果[20，93]。同時，原始晶粒對變形后的晶粒尺寸也有一定的影響，小變形時，晶粒會變得更粗大，但隨著變形量的增加，原始晶粒尺寸對產品的最終晶粒度影響越來越小，在變形量達到35%時，原始晶粒的作用逐漸消失[93]。

文獻[20，29]研究了不同冷變形量對GH2132合金棒材室溫拉伸和硬度的影響，隨著冷拉變形量的增加，合金硬度、抗拉強度和屈服強度逐步提高，在20%～30%面縮率范圍內的冷作強化效果最為顯著，隨后變化趨于緩慢。而隨著變形量的提高，合金塑性，特別是伸長率大幅度下降，將會影響材料后續加工。

3.2 變形量及時效制度對GH2132合金組織的影響

文獻[91]研究了不同形變量及不同時效制度對GH2132合金的顯微組織的影響，時效處理后在奧氏體晶粒內部出現密排彌散及粒狀析出相γ'。同一時效制度下，形變量越大，析出相數量越多，這是因為大形變量條件下合金內部積蓄的畸變能較高，對新相形核及長大所需的外界激活能低。對于同一形變量的合金組織，隨著時效溫度升高，時效處理幾乎不改變晶粒尺寸和結構，但析出相γ'數量和富Cr碳化物的含量逐漸增加[94]，同時γ'逐漸變大，顆粒數量變少，該規律在其他研究文獻中也可看到[16，22]，這是由于時效過程中，合金原子通過空位等缺陷擴散并形核，時效溫度越高，溶質原子擴散越快，析出相長大所需時間越短，溶質原子析出時易聚集，越有利于析出長大，故最終導致析出相顆粒比較大，數量少[16]；再者，兩段時效制度會增加細小彌散相γ'的充分析出[18]。還注意到，650 ℃×8 h時效后，γ'析出相呈方型γ'析出，經680 ℃×8 h+650 ℃×8 h制度時效后，方型γ'相變成球型。γ'相是高溫合金的主要強化相，呈彌散分布，主要有方型和球型兩種形態，γ'相的形態與γ-γ'的晶格錯配度（點陣失調度）有關，晶格錯配為小于0.2%時，γ'為球狀，晶格錯配為0.5%～1.0%時呈立方狀，晶格錯配大于1.25%時呈片狀[1，69，74，95]，也有文獻指出與Al含量有關[60]。

變形態GH2132合金在較低的溫度（＜704 ℃）下直接時效仍存在變形晶粒，對合金的冷變形強化效果影響不大[22]。文獻[32]研究了不同熱處理制度對鍛造后GH2132合金組織的影響，結果表明鍛造后直接時效，兩種時效工藝（650 ℃×16 h，AC、705 ℃×16 h，AC+650 ℃×16 h，AC）下晶粒尺寸相當，但均勻性較差。單時效由于時效溫度低，未觀察到析出γ'相，說明γ'相析出與隨后時效熱處理溫度有緊密聯系，同時直接時效的晶粒尺寸小于固溶+時效處理，說明固溶處理一方面會促使鍛態析出相溶解，消除加工應力，引起合金晶粒尺寸增大，同時有均勻晶粒尺寸作用。

3.3 變形量及時效制度對GH2132合金性能的影響

文獻[20，91，94，96]研究了不同變形量對GH2132合金時效后性能的影響，如圖6所示。可以看到，對于同一時效熱處理制度，隨材料形變量的增加，合金呈現強度增加、塑性降低的變化趨勢，特別變形量小于20%時，合金的強度和塑性變化趨勢明顯，超過變形量20%，變化相對較緩。再者，同一形變量條件下，合金固溶狀態時的強度最低，當時效溫度較低時（650～680 ℃），隨時效溫度增加強度呈現增加趨勢；當時效溫度較高時（700～720 ℃），變形量小于20%左右時，時效溫度越高，強度越高，變形量大于20%左右時，時效溫度越高，強度越低。在同一形變量條件下，時效溫度對伸長率影響不明顯，但對斷面收縮率影響較大。增加形變量有利于GH2132合金材料的強化相析出，三種時效制度650 ℃×8 h、680 ℃×8 h及680 ℃×8 h+650 ℃×8 h下γ'相析出數量逐漸增多。γ'相的數量及尺寸會直接影響到GH2132合金的拉伸性能[1，39，73-74]，較低的析出相界面能有助于提升靜載斷裂裂紋萌生及擴展的誘發門檻，進而提高拉伸斷裂強度[91]，均勻分布的γ'相也可有效阻礙位錯運動，提高拉伸強度[83]。

圖6 不同形變量及時效制度對GH2132合金力學性能的影響[20，91，94，96] （a）抗拉強度；（b）屈服強度；（c）伸長率；（d）斷面收縮率Fig. 6 Effects of different deformation and aging process on mechanical properties of GH2132 alloy[20，91，94，96]（a） tensile strength；（b） yield strength；（c） elongation；（d） reduction in area

文獻[16，22]研究了不同時效溫度對變形態GH2132合金時效后性能的影響，但兩研究獲得的性能變化規律完全相反，出現如此不同變化趨勢的原因可能與時效前來料狀態不同有關，文獻[16]實驗原材料為固溶（950 ℃×1.5 h，OC）+冷拉（?9.50 mm→?4.45 mm），文獻[22]實驗原材料為固溶+冷拉棒?12.2 mm（固溶、拉拔工藝均未提）。相比僅冷變形后的性能（σb=1284.1 MPa，σ0.2=1151.7 MPa，δ=0.6%，ψ=47.4%），由于冷變形加速了γ'相的沉淀，采用較低的時效溫度就能使GH2132合金得到最大的強化效果。因而在實際應用中對經過大變形的GH2132合金想要獲得高強度需盡量選擇較低的時效溫度，但與此同時，塑性也較差，可見直接時效溫度對此合金性能有雙重影響。

時效溫度選擇合理時（704 ℃），在一定的時間內對冷拉變形態GH3232合金進行直接時效是不會影響強度和塑性指標的，說明時效溫度的選擇對于合金性能的影響是至關重要的[22]。同時，選擇合理的雙時效工藝進行直接時效有利于提高合金的強度，但塑性較差[32，94]，如通過兩級時效（650 ℃×8 h+680 ℃×8 h）后拉伸強度可達到1480 MPa。

4 總結與展望

近年來研究熱處理工藝對GH2132合金組織與性能的影響文獻較多，但均從固溶+時效或變形+時效等單方面在某一溫度或時間范圍內進行了較深入地研究，系統總結性文章鮮見報道。GH2132合金作為鐵鎳基合金的典型代表，價格便宜，具有良好的中溫力學性能、熱加工性能，大力發展鐵基高溫合金，適合我國資源特點，無鈷節鎳，具有廣闊的應用前景。后續有關該合金的研究，可在以下幾方面考慮：

（1）運用計算機模擬技術，結合新的合金強化和設計理念，改良合金成分，優化熱處理參數。

（2）全流程精細化控制，持續改進工藝，保持組織均勻穩定，提高材料綜合性能。

（3）建立完備的合金成分-工藝-組織-性能數據庫，揭示材料共性問題，為工程選用提供準確的加工工藝數據。