GH4169合金（Ｉｎｃｏｎｅｌ 718 合金）是 20 世紀 60 年代發展的一種鎳鐵基高溫合金 ［1］ 。 該合金屬于 Ｎｉ?Ｃｒ?Ｆｅ 基沉淀硬化型變形高溫合金，長期使用溫度為253 ～650 ℃，短時使用溫度可達 800 ℃。 GH4169合金在650 ℃以下的強度高，具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化和耐蝕性，以及良好的加工性能、焊接性能和長期組織穩定性。 適于制作航空、航天、核能和石化工業中的渦輪盤、環件、葉片軸、緊固件和彈性元件、板材結構件、機匣等，主要產品有熱軋和鍛制棒材、冷拉棒、板帶材、環形件等 ［2］ 。

GH4169合金是以體心立方 γ″和面心立方 γ′為沉淀強化相的鎳基變形高溫合金，其中亞穩共格 γ″相是主要強化相，化學式為 Ni3Nb，γ′為輔助強化相，也是亞穩共格相，化學式為 Ni3Al，正交非共格 δ（Ni3Nb）相為 γ″相的平衡態穩定相 ［3］ 。 高溫合金的強化機制主要有固溶強化和沉淀強化兩類，GH4169合金的熱處理強化方式也主要由固溶處理和時效處理兩部分組成 ［4］ 。 對于 GH4169合金，δ 相的含量和形貌對合金的晶粒尺寸、力學性能有很大影響 ［1］ 。 熱處理工藝不同時，GH4169合金中相的體積分數、晶粒形貌及錯配度等均不同，會直接影響合金的蠕變行為和力學性能 ［5］ 。 針對 GH4169合金不同性能要求，需要調整不同的熱處理工藝。 本文研究了固溶處理及時效處理對GH4169合金組織和硬度的影響，為 GH4169合金熱處理工藝的制定提供參考。

1、試驗材料和方法

試驗用 GH4169合金的化學成分如表 1 所示，符合 GB/T  14992—2005《高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號》要求。 固溶處理采用 GH4169合金熱軋帶材，時效處理采用 GH4169合金鍛坯。 其顯微組織如圖 1 所示，可見熱軋帶材的組織為纖維狀晶粒，晶粒細小且呈現出一定變形特征，而鍛坯晶粒組織較為粗大。

圖 １　ＧＨ４１６９ 合金的原始顯微組織（ａ）熱軋帶材；（ｂ）鍛坯

Ｆｉｇ． １?。希颍椋纾椋睿幔?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＧＨ４１６９ ａｌｌｏｙ（ａ） ａｓ?ｒｏｌｌｅｄ ｓｈｅｅｔ； （ｂ） ｆｏｒｇｅｄ ｂｉｌｌｅｔ

用線切割加工成尺寸為 15mm×20mm×2mm的試樣，在電阻爐中進行固溶及時效處理。 固溶溫度分別為 900、950、1000、1050 和 1100 ℃，保溫時間分別為 15、30、45 和 60min，保溫結束后出爐并快速水冷至室溫。 對1050℃×0.5 ｈ 固溶處理的合金進行5 種不同的時效處理：①800℃×8h，空冷；②720℃×8h，空冷；③720℃×16 ｈ，空冷；④720℃×8h，爐冷 ＋620℃×8h，空冷；⑤620℃×8h，空冷。

熱處理后的試樣經樹脂冷鑲嵌后進行機械磨拋處理，根據 GB/T  13298—2015《金屬顯微組織檢驗方法》，通過化學法浸蝕處理后，在光學顯微鏡下觀察分析顯微組織，浸蝕劑為100 ｍＬ 鹽酸 ＋100 ｍＬ 無水乙醇 ＋5 ｇ氯化銅。 根據 GB/T  4340.1—2009《金屬材料維氏硬度　第 1 部分：試驗方法》，用數字維氏硬度計測量試樣的硬度，加載載荷 5kg，每個試樣測量 3 個點，取平均值。

2、試驗結果與分析

2.1　不同固溶工藝對組織的影響

圖 2 為 GH4169合金熱軋帶材經不同固溶工藝處理后的顯微組織。 可以看出，GH4169合金在低于1050 ℃固溶處理后的晶粒組織無明顯變化，在 1050 ℃固溶 30min 后開始出現細小的再結晶晶粒，隨固溶溫度的升高和固溶時間的增加，晶粒不斷長大粗化，在1100 ℃固溶15min 后就已出現了細小的再結晶晶粒，固溶 60min 后的晶粒顯著長大。

圖 ２　ＧＨ４１６９ 合金在不同固溶工藝下的顯微組織

Ｆｉｇ． ２　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＧＨ４１６９ ａｌｌｏｙ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ

（ａ） ９００ ℃， １５ ｍｉｎ； （ｂ） ９００ ℃， ３０ ｍｉｎ； （ｃ） ９００ ℃， ６０ ｍｉｎ； （ｄ） １０００ ℃， １５ ｍｉｎ； （ｅ） １０００ ℃， ３０ ｍｉｎ； （ｆ） １０００ ℃， ６０ ｍｉｎ；（ｇ） １０５０ ℃， １５ ｍｉｎ； （ｈ）１０５０ ℃， ３０ ｍｉｎ； （ｉ）１０５０ ℃， ６０ ｍｉｎ； （ｊ） １１００ ℃， １５ ｍｉｎ； （ｋ） １１００ ℃， ３０ ｍｉｎ； （ｌ） １１００ ℃， ６０ ｍｉｎ

相關文獻報道，δ 相對晶粒長大有顯著阻礙作用 ［6?8］ ，GH4169合金δ相在 982 ～ 1037℃之間發生溶解，并在1020 ℃以上時可以完全溶解。 GH4169合金在低于δ相溶解溫度下固溶處理時，大量δ相的存在會抑制晶粒長大而使晶粒長大緩慢；在高于δ相完全溶解溫度以上固溶時，合金為單相奧氏體組織，晶粒隨溫度的升高快速長大 ［6?8］ 。 根據圖2 可知，GH4169合金熱軋帶材的晶粒組織發生明顯變化時存在一個臨界溫度，大致在1050 ℃附近，與文獻［7?8］報道的溫度基本一致，晶粒迅速長大的溫度正好超過了δ相完全溶解溫度，所以δ 相對晶粒長大的抑制作用就會消失，引起晶粒長大。

因此，為了獲得細小的晶粒組織，防止晶粒過分粗化，固溶溫度應低于1050 ℃，保溫時間不超過30min。

2.2　不同固溶工藝對硬度的影響

圖 3 為 GH4169合金熱軋帶材經不同固溶工藝處理后的硬度。 可以看出，GH4169合金固溶處理后的硬度變化與固溶溫度和固溶時間有較強的相關性。 在900 ～1000 ℃固溶時，隨著固溶溫度的升高，硬度略有降低，而固溶時間的增加對硬度幾乎無影響。 在1050 ℃固溶45min 時硬度迅速下降，固溶60min 時硬度略有降低。 在1100 ℃固溶時硬度明顯下降，而固溶時間的增加對硬度的影響與 1050 ℃固溶時相似。

圖 ３?。牵龋矗保叮?合金在不同固溶工藝下的硬度

Ｆｉｇ． ３?。龋幔颍洌睿澹螅?ｏｆ ｔｈｅ ＧＨ４１６９ ａｌｌｏｙ ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ

2.3　不同時效工藝對組織的影響

圖 4 為 GH4169合金鍛坯經 1050℃×0.5 ｈ 固溶和不同工藝時效處理后的微觀組織，可以看出，經不同工藝時效處理后的顯微組織無顯著變化。

圖 ４?。牵龋矗保叮?合金在不同時效工藝下的顯微組織

Ｆｉｇ． ４　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ＧＨ４１６９ ａｌｌｏｙ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｇｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ

2.4　不同時效工藝對硬度的影響

文獻［8］指出，強化相 γ′在 600 ～ 820℃析出，在840 ℃以上時發生溶解，而 γ″相在 595 ～870 ℃析出，在 870 ℃以上發生溶解，δ相在 780 ～ 980℃時析出。表 2 為不同時效工藝下 GH4169合金的硬度，可以看出，GH4169合金時效后的硬度較固溶后顯著升高，時效溫度和時效時間對硬度均有影響。 在800 和720 ℃時效8h后硬度較高，二者之間無明顯差別，說明合金在時效后均析出了強化相，但還不充分。 在 720 ℃時效16ｈ后硬度達到最大值，與720 ℃時效8h ＋620 ℃時效 8h 的硬度相近。 在 620℃時效 8h 后硬度明顯降低，說明此溫度下強化相析出很少。 由此說明，GH4169合金需要在720℃時效8h以上強化相才能夠充分析出。

3、結論

1） GH4169合金在 900 ～1000 ℃固溶時，不同固溶溫度和固溶時間下的晶粒組織均無明顯差異，硬度隨固溶溫度的增加有所降低，而固溶時間對硬度無明顯影響。 固溶溫度超過1050 ℃后，隨著固溶溫度的升高和固溶時間的增加，再結晶晶粒開始迅速長大，同時伴隨著硬度迅速降低。

2） 在 1050 ℃固溶 0.5 ｈ 后，時效溫度和時效時間對 GH4169合金的晶粒組織無顯著影響，但對強化相析出有顯著影響，表現為硬度的顯著差異。 合金在720 ℃時效 16 ｈ 后的硬度達到最高。

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