熱處理對GH901合金組織和硬度的影響

GH901合金是一種高Ni含量的Fe-Ni合金，該合金在高溫下具有較高的強度、抗氧化性，在650℃以下長期使用，組織性能穩(wěn)定，具有良好的綜合性能。GH901合金在英美等國家的噴氣發(fā)動機上已廣泛應用。我國引進該合金主要用于制造發(fā)動機的渦輪盤、壓氣機盤、軸頸以及緊固件。隨著某發(fā)動機的國產化，GH901合金的需求量將大幅增加。GH901合金主要通過鍛造工藝成型，然后再經固溶和時效處理來獲得所需的組織。在實際生產中發(fā)現(xiàn)，合金的硬度經常會出現(xiàn)不合格的情況或者下限值。針對這種情況，研究人員對GH901合金經過不同溫度的熱處理后，對其進行了金相組織觀察和硬度測試，分析不同時效溫度對GH901合金組織和硬度的影響，試圖找出造成合金硬度值偏低的原因。

選用入廠復驗的GH901高溫合金，生產中一直沿用的某材料標準熱處理制度：1090℃×3h，WC；775℃×3h，AC；720℃×24h，AC。試驗合金的固溶處理制度為1090℃×3h，水冷；時效處理分別在600、700、775、800和900℃下進行，時效時間均為3h，試樣出爐后快速水淬以保留合金的高溫組織。

首先清除試樣表面的氧化皮，然后采用布氏硬度機測定不同時效處理后合金的硬度值，所用壓頭直徑為Φ5mm，載荷為7.5kN，加載時間為12s。金相試樣采用Nimonecle腐蝕液，腐蝕后試樣在金相顯微鏡下進行觀察拍攝，并對其晶粒度進行評級。試驗結果表明：

（1）隨著時效溫度的升高，GH901合金的晶粒尺寸略有增大，晶粒度保持在1～2級左右。

（2）經過不同溫度熱處理的合金，其硬度變化較大。只進行固溶處理時合金的硬度最低；隨著時效溫度的升高，合金的硬度值先增大后減小。其中時效溫度在775℃時，合金的硬度值達到最大值343HB。而當時效溫度超過800℃時，合金硬度隨著時效溫度的升高而下降。900℃時效的硬度值明顯低于800℃的硬度，其僅為226HB。合金經過二次時效后，硬度值略有升高，為345HB。

（3）對于GH901合金而言，時效處理對合金的晶粒度影響并不明顯，對硬度值的貢獻，H-P關系式并不適用。相比一次時效，經過二次時效后，合金的硬度值略有提高，但并不明顯。推測原因為，經兩次時效的顯微組織存在兩種尺寸的γ′相，大尺寸γ′是一次時效過程析出的，并在二次時效中略有長大。小尺寸γ′是在時效過程中補充析出的。另外，二次時效的作用主要是調整強化相的大小以獲得合適的微觀組織，調整組織的均勻性，從而獲得了強度和塑性的最佳配合。因此，時效處理對合金的硬度起決定性的作用。要想提高合金的硬度，控制好一級時效處理很重要。