GH4698合金的热处理

小芋头

国产GH4698合金是在俄罗斯ЭИ698牌号合金的基础上添加微量元素进行改型的合金，用于工作温度达650～750℃的燃气涡轮盘、导流片、承力环、螺栓等部件。随着对合金元件要求的不断提高，俄罗斯和一些东欧国家针对合金成分和热处理制度都做了重大改动，但数据变动的具体情况我们国内还知之甚少。

    国内关于GH4698合金热处理制度的改进已做了很多有益的探索工作，但是，国内很多企业在这种合金的冶炼、锻造等环节仍然存在着一系列问题，导致GH4698合金存在组织、性能不均匀。科研人员提出一种新的热处理制度，旨在改善和弥补GH4698合金的组织、性能不均匀性。
    试验用料为某钢厂生产的Φ36mm棒材，其化学成分（质量分数，%）为0.064C、15.00Cr、74.62Ni、3.11Mo、1.70Al、2.67Ti、0.28Fe、2.07Nb、0.004S、0.16Si、0.12P。合金的铝、钛、铌含量都控制在中上限。
    为了解决GH4698合金存在组织、性能不均匀的问题，研究人员采取了两种热处理制度进行比较研究，即：工艺Ⅰ：1100℃×8h空冷+1000℃×4h空冷+775℃×16h空冷+700℃×16h空冷。工艺Ⅱ：980℃×4h空冷+1100℃×8h空冷+1000℃×4h空冷+775℃×16h空冷+700℃×16h空冷。
    工艺Ⅰ为标准热处理制度，工艺Ⅱ在工艺Ⅰ的基础上增加了再结晶退火，再结晶退火工艺的目的：①消除合金的成分偏析，使成分均匀化；②消除带状组织；③改善合金碳化物形态和分布。合金碳化物出现偏聚，有向浓度梯度均匀化、稳定化转化的趋势，但是在低温情况下，碳原子的扩散能力差，扩散速度慢，这种自发趋势无法实现，必须施加推动力。把合金温度加热到再结晶温度以上，使原子能量发生变化，进而达到碳原子浓度梯度均匀化。试验结果表明：
（1）GH4898合金经过再结晶退火预处理+标准热处理后，与标准热处理后的相比，虽然常温性能没有明显变化，但是高温性能有很大提高，合金的高温抗拉强度和伸长率、断面收缩率都有提高，尤其是高温持久寿命提高近1倍。
（2）再结晶退火工艺能够改善合金微观组织不均匀现象，同时极大地释放了合金内部储存的残余应力，减少了晶粒异常长大的几率，有效地避免了在大小晶粒交界处容易出现的应力集中，因而改善了合金的高温性能。