摘要
本文研究了径锻GH4169高温合金经过不同热处理工艺后的高温蠕变性能以及经过不同固溶处理后的常温拉伸性能和不同部位处合金经过相同热处理后的高温拉伸性能。采用光学显微镜，SEM，EDS，XRD等手段对目前存在争议的δ相进行了深入的研究。 研究了δ相对GH4169高温合金常温及高温拉伸性能的影响。对于常温拉伸，分别制定了三种不同的固溶处理王艺。HT1：960℃×1h／AC＋960℃×10min／AC；HT2：960℃×1h／AC＋870℃×3h／AC＋960℃×min／AC；HT3：960℃×1h／AC＋870℃×6h／AC＋960℃×10min／AC。由于三种热处理制度中没有进行时效处理，因此都祛除了γ"相对GH4169合金性能的强化作用，进而仅对δ相的强化行为进行单独研究。试验结果表明，经过HT3处理的合金在晶内和晶界都析出了大量的δ相；经过HT2处理的合金在晶界处析出较多的连续分布的δ相，并且在晶内也有少量的δ相析出；经过HT1处理的合金仅在晶界处有少量不连续分布的δ相析出。由于δ相的析出，不仅极大地消耗了基体中的固溶强化元素Nb，又大大的增加了δ相与γ基体相之间的非共格连接的相界的面积，因此导致合金在受力作用时易发生弹性畸变，即GH4169合金的弹性模量以及屈服强度随着在870℃保温时间延长而降低。但是随着塑性变形的进行，分布在晶界处的短棒状、针状δ相易使晶粒间界面弯曲，对滑移产生阻碍作用，并且位错塞积在晶界上δ相前，位错的交互作用使变形抗力不断增加，故GH4169合金随δ相含量的增加其抗拉强度呈上升趋势。通过观察三个试样的断裂形貌，可以发现这三试样的断裂方式都属于穿晶断裂。此外，本次研究还通过对现有的Hollomon公式进行修正，找到了适合描述GH4169高温合金在塑性变形中应变－硬化阶段规律的数学模型，为GH4169合金冷加工中工艺参数的确定提供参考，具有一定的工程应用价值。 对于高温拉伸，为取自同一锻件不同部位处(边缘处，R／2处)的GH4169高温合金制定了相同的热处理工艺：960℃×1h／AC＋720℃×8h(以50～55℃/h的速率炉冷到620℃＋620℃×8h／AC。观察热处理后的合金试样可以发现，两种试样内部都有一定量的δ相析出，边缘处的晶粒尺寸相对2／R处的要细小些，并且析出δ相的数量也多于R／2处的组织。分析实验数据可以发现，在950℃的拉伸条件下，边缘处与R／2处试样的抗拉强度和屈服强度非常接近。相比于R／2处，边缘处的试样具有较高的延伸率，可以达到85％，而R／2处延伸率只有68％，说明边缘处的试样晶粒细小、均匀，具有良好的塑性及强度。而两处的断面收缩率均在95％以上，说明GH4169合金在高温下具有良好的塑性和可成形性，并且对合金内δ相的含量不敏感。在高温条件下的塑性变形中，δ相的存在对于合金的延伸率是有利的，具体原因可分为两下两点；δ相中Nb原子与空位的强烈作用；高温下晶界处的δ相能使晶界的形态发生改变，在晶界上形成了小曲率半径的弯曲，这种晶界弯曲使微裂纹沿晶界扩展受阻，从而使延伸率提高。由于边缘处的合金在经过热处理之后析出了较多量的δ相。因此导致了该种合金相比2/R处的合金有更好的延伸率。观察两种合金的断裂形貌组织发现，两种合金的断裂方式都属于韧型穿晶断裂。 为了研究不同分布形态以及不同析出量的δ相和γ"相对GH4169高温合金蠕变性能的影响，分别为取自同一部位的径锻GH4169高温合金制定了三种不同的热处理工艺，即高强热处理(HST)：96℃×2h／AC＋720℃×8h(以50～55℃／h的速率炉冷到620℃)＋620℃×8h／AC标准热处理(ST)：960℃×1h／AC＋720℃×8h(以50～55℃/h的速率炉冷620℃)＋620℃×8h／AC；直接时效处理(DA)：720℃×8h(以50～55℃/h的速率炉冷620℃)＋620℃×8h／AC。通过SEM，EDS，XRD等检测可以发现，经过HST处理后的合金在晶界处以及晶内都可获得大量的δ相；通过DA处理后的组织其晶界处比较平滑，几乎没有δ相析出；而通过ST处理后的组织其δ相主要分布在晶界处。由于δ相与基体存在着非共格的连接方式，这种连接方式导致δ相与基体的连接面存在大量的微小孔洞，并且δ相的析出会会消耗元素Nb，而这种元素又是γ"相的组成元素，因此基本没有δ相析出的DA合金表现出最长的蠕变寿命。另一方面，晶界处的δ相又能起到“钉扎”作用，在一定程度上削弱了微小孔洞引起的不利影响，并且晶内析出的δ相又降低了合金晶内的强度，因此HST合金的晶界强度和晶内强度得到了很好的配合，所以HST合金表现出的蠕变寿命要高于ST合金的。通过SEM观察到，可以发现，DA合金的断裂形式属于沿晶断裂，ST合金和HST合金的断裂形式都属于穿晶断裂。
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