γ″和γ′相强化的Ni-Fe基高温合金GH4169的研究与发展

摘要

半个世纪以来,以γ″和γ′相强化的Ni-Fe基高温合金Inconel 718(GH4169)由于其优异的力学和工艺性能,在650℃以下的高温环境中得到了广泛的应用.本文采用热力学计算以及合金设计理论与大量的力学性能相结合,不仅在常规热处理并且在高温长期时效状态下来研究主要强化元素Nb.Ti,Al和杂质元素P,S以及微合金化元素Mg的作用.采用金相,SEM,TEM,EDS,SAED以及电解萃取和相化学分析等综合分析方法,对各类析出相γ″,γ′,δ,δ″,σ和α-Cr进行定性的分析,同时亦采用Auger能谱仪分析晶界元素的偏聚行为.研究结果表明,为提高GH4169原型合金的性能,主要强化元素Nb应控制在高限(5.4%—5.5%),降低S到10×10^(-6)以下,提高P至150×10^(-6)以下,并添加适量的Mg.为提高GH4169合金的使用温度到680℃甚至更高,必须通过合金化的途径来提高主要强化相γ″/γ′的最高稳定温度和控制晶界析出相.为此,680℃或更高一点温度使用的改进型GH4169合金中Nb仍应控制在高限(5.4%—5.5%),S控制到10×10^(-6)以下,P提高到150×10^(-6),配合适量的Mg微合金化,同时要提高Al含量至1.0%—1.5%,Ti含量不变仍控制在1%左右,改进型GH4169合金不仅在650℃以上显示出优良的高温组织稳定性,并且亦提高了高温力学性能.