固溶處理及時效處理

GH3230 合金是一種以 W、Mo 元素作為固溶強化和以碳化物作為第二相強化的鎳基高溫合金。該固溶強化鎳基合金源于 Ni-Cr-Mo-W 合金體系，合金中主要添加的合金元素為 Cr、Mo、W、C、B 等，以此來增加合金的高溫力學性能和抗氧化能力。Cr 元素主要起固溶強化作用，也是碳化物形成元素。一方面 Cr 能固溶于基體相中強化組織，另一方面能與碳結合形成 M23C6 型化合物，在一定程度上起到沉淀強化和晶界強化的作用。當含 Cr 量在 14% ～ 20% 時，Cr 含量增加對基體強度的影響不大，但當含 Cr 量超過 20% 時， Cr 會降低 γ″相的固溶溫度，因而也降低了合金的高溫強度。Co 有益于鎳基合金在高溫范圍內熱強性的提高，而且對抗高溫熱腐蝕性有益。Co 在 Ni-Cr 固溶體中可以降低堆垛層錯能，起到良好的固溶強化作用。 合金中 Co 含量的提高對合金組織穩定性和蠕變性能有利，當 Co 含量低于 10% 時，高溫強度降低。W 是 γ 基體中的主要強化元素。W 原子半徑比基體 Ni 的大，固溶強化作用十分明顯。La 元素是高溫合金中一種有效的微量活性元素，通常在合金的晶界、相界面和表面等界面具有明顯偏聚。La 元素能通過改進氧化膜的黏性和化學組成，從而改善合金的高溫抗氧化和耐腐蝕性能。固溶處理是高溫合金最重要的熱處理方式之一，其主要目的有 3 個: 一是為了溶解基體內碳化物、γ'相等以得到均勻的固溶體; 二是為了獲得適宜的晶粒度以保證高溫抗蠕變和持久性能; 三是為了降低或消除合金元素偏析，使合金基體中的化學成分均勻。固溶處理能降低合金的偏析使組織均勻，并且能細化 γ'相，促進細小 γ'相的析出。相關研究表明，GH3230 合金固溶處理后，927 MPa / 62 ℃的持久壽命隨固溶溫度的升高逐漸增大，持久斷裂伸長率則變化不大。但是固溶處理溫度的選擇對合金晶粒尺寸影響較大，因為奧氏體合金存在一個異常長大的溫度區間，即超過某臨界溫度下進行固溶會基體晶粒發生異常長大。時效處理一般在固溶處理和中間處理之后，也可以在直接固溶處理之后。時效處理的目的是進一步在基體中析出細小的 γ'相，形成彌散強化的效果，從而提高合金的力學性能。