高溫合金熱處理工藝研究

高溫合金是一類在高溫及一定應力條件下長期工作的高溫金屬材料，具有良好的綜合性能，被廣泛地應用於(yu) 航空航天等領域。適當的熱處理工藝通過改變合金的微觀組織來提升其性能。

總結了近幾年高溫合金熱處理工藝的研究進展，詳細論述了變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫合金的熱處理工藝及熱處理對其組織和性能的影響，並闡述了高溫合金熱處理工藝的發展趨勢。

高溫合金具有優(you) 異的高溫強度、良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能、優(you) 異的蠕變性能、良好的疲勞性能和斷裂韌性等綜合性能，已成為(wei) 航空和工業(ye) 用燃氣輪機的渦輪葉片、導向葉片、渦輪盤等高溫部件不可替代的關(guan) 鍵材料。高溫合金按製備工藝可分為(wei) 變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末冶金高溫合金。

隨著航空發動機的發展，對高溫材料的性能要求也不斷提高。熱處理是高溫合金*的工藝過程，高溫合金熱處理工藝如圖１所示，通過改變工件內(nei) 部的顯微組織或改變工件表麵的化學成分，提高韌性及抗蝕性能，消除應力與(yu) 軟化，提高強度。因此，為(wei) 優(you) 化顯微組織所進行的熱處理研究一直是合金研製及應用過程中的重要環節之一。

１　高溫合金熱處理工藝

高溫合金熱處理工藝是指高溫合金材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的方式，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。近年來對於(yu) 高溫合金研究比較深入、係統的是固溶熱處理和時效熱處理。固溶熱處理是指在高於(yu) 高溫合金組織內(nei) 析出相的全溶溫度，使合金中各種分布不均勻的析出相充分溶解至基體(ti) 相中，從(cong) 而實現強化固溶體(ti) 並提高韌性及抗蝕性能，消除殘餘(yu) 應力的作用，以便繼續加工成型，並為(wei) 後續時效處理析出均勻分布的強化相做準備。

時效熱處理是指在強化相析出的溫度區間內(nei) 加熱並保溫一定時間，使高溫合金的強化相均勻地沉澱析出，碳化物等均勻分布，從(cong) 而實現硬化合金和提高其強度的作用。

２　變形高溫合金熱處理工藝研究進展

２．１　鐵基變形高溫合金ＧＨ２１３２合金具有突出的抗鬆弛能力、耐腐蝕能力和良好的綜合性能，適於(yu) 作航空緊固件。目前使用的ＧＨ２１３２合金達不到１１００ＭＰａ高強度要求來滿足工作條件和保證航空安全，因而需要進行一定的熱處理。

陳琪等采用兩(liang) 種熱處理方式：一是固溶加時效熱處理工藝為(wei) ９００℃固溶２.５ｈ油冷，７２０℃×１６ｈ＋６６０℃×１６ｈ空冷，保證δ＞２２％時，抗拉強度能達到１２４０ＭＰａ；二是直接時效熱處理工藝為(wei) ６８０ ℃能保證δ＞１３％時，將ＧＨ２１３２合金的抗拉強度提高到１４００ＭＰａ。熱處理後合金得到了更加優(you) 異的綜合性能。

ＧＨ６９６合金屬於(yu) 沉澱強化型鐵基變形高溫合金，在高溫條件下具有較高持久蠕變強度，良好的抗氧化、抗腐蝕等綜合性能。它的表麵硬度和耐磨性限製了在航空方麵的應用範圍。王淑新對ＧＨ６９６合金進行了表麵熱處理工藝的研究，采用氣體(ti) 滲氮法，以氨氣作為(wei) 滲氮劑，以氯化銨作為(wei) 催滲劑。滲氮前試樣先進行固溶處理，工藝為(wei) （１０００～１１００）℃×（１～２）ｈ油冷；固溶處理後進行兩(liang) 次時效處理，一次時效處理工藝（７５０～７８０）℃×１６ｈ空冷；二次時效處理工藝（６９０～７１０）℃×１６ｈ空冷。

表麵熱處理提高了合金的表麵硬度、耐磨性和抗腐蝕性能，並且滲氮層深度和滲氮保溫時間符合擴散型控製的拋物線法則。

２．２　鎳基變形高溫合金ＧＨ１４５合金主要用於(yu) 製造航空發動機在８００ ℃以下工作並要求強度較高的耐鬆弛的平麵彈簧和螺旋彈簧。ＧＨ１４５合金主要靠第二相γ′強化，其力學性能與(yu) 固溶處理溫度和時間關(guan) 係密切。王增友等［５］采用了（１１３５±１０）℃×２ｈ微量風冷固溶處理，（８４５±１０）℃×２４ｈ爐冷至（７２０±１０）℃×１９ｈ空冷時效處理，得到了較為(wei) 滿意的力學性能。

采用一次固溶，二次時效獲得了較為(wei) 滿意的綜合力學性能和持久性能。ＧＨ１４５合金經較長時間時效處理後，γ′相中合金元素的溶解度會(hui) 隨著時效溫度的不同而略有變化，但與(yu) 時效時間關(guan) 係不大。高溫合金ＧＨ４１４５／ＳＱ是以γ′［Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｂ）］為(wei) 主要強化相的鎳基時效硬化型合金，主要用於(yu) ３００ ＭＷ 或６００ＭＷ 汽輪機高中壓內(nei) 缸法蘭(lan) 螺栓。

此種材質螺栓經過高溫運行後，會(hui) 發生顯微組織及位錯組態變化、強化相析出等，導致材料的蠕變和持久性能下降。閻光宗等為(wei) 了改善其性能，對運行後硬度值為(wei) ３３３ＨＢＷ 的螺栓進行恢複熱處理，熱處理工藝為(wei) 固溶＋兩(liang) 次時效，固溶工藝為(wei) １１３０℃×１ｈ油冷；時效為(wei) ８4５℃×２４ｈ，第二次時效為(wei) ７０７℃×２０ｈ空冷。

采用此工藝對硬度值超標螺栓進行恢複熱處理後，其硬度值降至標準要求範圍內(nei) ，雖然強度值有一定程度的下降，但是塑性及韌性顯著提升，證明恢複熱處理工藝極其有效。ＧＨ４１６９合金是含Ｎｂ的高強度鎳-鉻-鐵基高溫合金，主要用於(yu) 製造航空發動機的高溫部件。張尊禮等研究了熱處理製度對ＧＨ４１６９冷軋葉片組織性能的影響。