1324 工程科学学报，第43卷，第10期 summarized.The interactions between the grain boundary and intergranular precipitates,such as M-C3 carbide,M23C6 carbide,and y' phase,were discussed in detail to understand the formation mechanism of the serrated grain boundary and how it improving the properties of materials and reveal the driving force of grain boundary migration.In addition,the influences of the serrated grain boundary on the mechanical (rupture,creep,fatigue,and tensile)properties,corrosion properties (hot and stress corrosion),and heat- affected-zone (HAZ)liquefying cracking behavior of different alloys were analyzed.Last,based on the abovementioned details, development directions for future work on serrated grain boundaries were outlined. KEY WORDS iron/nickel based austenitic polycrystalline alloy;grain boundary serration;heat treatment;intergranular precipitate; mechanical property 晶界是金属材料中典型的面缺陷，合金的诸 多数合金中弯曲晶界的形成几乎与晶界第二相的 多失效行为均与晶界有关.尤其在高温状态下，晶 析出同时发生，这就很难将弯曲晶界与析出相很 界强度下降成为合金承载失效的薄弱环节，因此 好地分离开研究，因此关于弯曲晶界与晶界第二 如何通过调控品界来改善合金性能一直受到国内 相形成的先后顺序，以及这两者之间究竟是如何 外研究人员的重视.弯曲晶界是平直晶界在特定 相互影响的，至今仍存在争议 的工艺条件下发生弯曲形成的一种特殊形状的晶 采用适当的热处理工艺获得弯曲晶界，可以 界，通常用平均波长和平均振幅来表征弯曲晶界 有效抑制合金失效过程中的孔洞萌生并阻碍裂纹 的几何特征山.改变晶界形状，使传统的平直晶界 扩展.现已发现，弯曲晶界在提高合金持久、蠕变 变为弯曲品界，是强化品界、提高合金性能的重要 寿命和高温塑性方面表现最为优异，对合金的耐 手段之一.国外从20世纪50年代末期开始研究 蚀性能和焊接性能也具有良好作用，但对瞬时拉 弯曲晶界现象，并应用在航空发动机涡轮叶片等 伸强度和疲劳性能影响不明显.需要关注的是，通 关键部件上四，国内自1974年开始研究铁镍基奥 过缓冷获得弯曲晶界的同时，常会出现尺寸粗大 氏体合金中的弯曲晶界，试图澄清弯曲晶界的形 的析出相分布于晶界，同时晶内组织过度粗化，导 成条件、机理及其对合金性能的影响作用 致合金性能降低.因此，如何合理调控热处理工 适宜的热处理工艺是获得弯曲晶界的重要手 艺，使弯曲晶界、晶界析出相和晶内组织良好匹 段，现已发现合金固溶处理后直接进行缓冷热处 配，是有效提高材料性能的关键与难点，目前这方 理或等温热处理是获得弯曲晶界最为简单易行的 面的相关报道较少，还需要进行更深入的实验研 两种方法.但由于合金体系的复杂性，不同合金获 究，这将对实际生产具有重要指导意义 得弯曲晶界的具体方法各不相同.目前，尚有很多 本文旨在对国内外关于弯曲品界的研究进展 合金缺乏获得弯曲晶界的定量热处理工艺参数 与结果进行总结，探讨弯曲晶界的形成条件、形成 即使部分合金通过缓冷或等温热处理工艺获得了 机制以及弯曲晶界对合金性能的影响，同时也提 弯曲晶界，也没有系统的研究固溶温度、固溶时 出了现阶段弯曲晶界研究存在的问题与难点，为 间、冷却速率、时效温度及时效时间等热处理参 铁/镍基奥氏体合金弯曲晶界的进一步优化和以后 数对弯曲品界形态特征的影响，缺乏弯曲晶界形 的工程化应用提供一些设计和研究思路 成的动力学数据，这限制了弯曲晶界形态的有效、 1 弯曲晶界的形成条件 准确调控 有关弯曲品界形成机制的讨论主要集中在晶 奥氏体钢或合金获得弯曲晶界的方法主要有 界与第二相（如晶界碳化物和Y'相等）之间的相互 控冷热处理、回溶热处理、等温热处理、机械热处 作用.部分学者认为，弯曲晶界的形成与晶界上 理和合金化等，弯曲晶界如图1所示四由于不同 Y相的取向性生长有关B刀，并指出Y'相的析出形 材料的成分、析出相、使用条件、性能指标等因素 态、尺寸和数量会影响晶界弯曲的形成B,8-,也有 各不相同，获得弯曲晶界所采用的方法也不同 学者发现，晶界碳化物是诱发弯曲晶界形成的主 1.1控冷热处理 要原因-，Hong等则提出晶界上C、Cr原子的 控冷热处理是获得弯曲晶界最有效、应用最 偏聚可造成晶界弯曲)可见，弯曲晶界的形成机 广泛的一种特殊热处理制度.该方法是将合金固 理目前尚无统一定论，合金体系的复杂性也使弯 溶一定时间后直接以规定冷速冷却至某一温度水 曲晶界形成机制的研究变得更加困难.另外，在大 冷或冷却至某一温度进行时效热处理，如表1所summarized. The interactions between the grain boundary and intergranular precipitates, such as M7C3 carbide, M23C6 carbide, and γ′ phase,  were  discussed  in  detail  to  understand  the  formation  mechanism  of  the  serrated  grain  boundary  and  how  it  improving  the properties  of  materials  and  reveal  the  driving  force  of  grain  boundary  migration.  In  addition,  the  influences  of  the  serrated  grain boundary on the mechanical (rupture, creep, fatigue, and tensile) properties, corrosion properties (hot and stress corrosion), and heat￾affected-zone  (HAZ)  liquefying  cracking  behavior  of  different  alloys  were  analyzed.  Last,  based  on  the  abovementioned  details, development directions for future work on serrated grain boundaries were outlined. KEY  WORDS    iron/nickel  based  austenitic  polycrystalline  alloy； grain  boundary  serration； heat  treatment； intergranular  precipitate； mechanical property 晶界是金属材料中典型的面缺陷，合金的诸 多失效行为均与晶界有关. 尤其在高温状态下，晶 界强度下降成为合金承载失效的薄弱环节，因此 如何通过调控晶界来改善合金性能一直受到国内 外研究人员的重视. 弯曲晶界是平直晶界在特定 的工艺条件下发生弯曲形成的一种特殊形状的晶 界，通常用平均波长和平均振幅来表征弯曲晶界 的几何特征[1] . 改变晶界形状，使传统的平直晶界 变为弯曲晶界，是强化晶界、提高合金性能的重要 手段之一. 国外从 20 世纪 50 年代末期开始研究 弯曲晶界现象，并应用在航空发动机涡轮叶片等 关键部件上[2] ，国内自 1974 年开始研究铁/镍基奥 氏体合金中的弯曲晶界，试图澄清弯曲晶界的形 成条件、机理及其对合金性能的影响作用. 适宜的热处理工艺是获得弯曲晶界的重要手 段，现已发现合金固溶处理后直接进行缓冷热处 理或等温热处理是获得弯曲晶界最为简单易行的 两种方法. 但由于合金体系的复杂性，不同合金获 得弯曲晶界的具体方法各不相同. 目前，尚有很多 合金缺乏获得弯曲晶界的定量热处理工艺参数. 即使部分合金通过缓冷或等温热处理工艺获得了 弯曲晶界，也没有系统的研究固溶温度、固溶时 间、冷却速率、时效温度及时效时间等热处理参 数对弯曲晶界形态特征的影响，缺乏弯曲晶界形 成的动力学数据，这限制了弯曲晶界形态的有效、 准确调控. 有关弯曲晶界形成机制的讨论主要集中在晶 界与第二相（如晶界碳化物和 γ′相等）之间的相互 作用. 部分学者认为，弯曲晶界的形成与晶界上 γ′相的取向性生长有关[3−7] ，并指出 γ′相的析出形 态、尺寸和数量会影响晶界弯曲的形成[3,8−10] ；也有 学者发现，晶界碳化物是诱发弯曲晶界形成的主 要原因[3,11−12] ，Hong 等则提出晶界上 C、Cr 原子的 偏聚可造成晶界弯曲[13] . 可见，弯曲晶界的形成机 理目前尚无统一定论，合金体系的复杂性也使弯 曲晶界形成机制的研究变得更加困难. 另外，在大 多数合金中弯曲晶界的形成几乎与晶界第二相的 析出同时发生，这就很难将弯曲晶界与析出相很 好地分离开研究，因此关于弯曲晶界与晶界第二 相形成的先后顺序，以及这两者之间究竟是如何 相互影响的，至今仍存在争议. 采用适当的热处理工艺获得弯曲晶界，可以 有效抑制合金失效过程中的孔洞萌生并阻碍裂纹 扩展. 现已发现，弯曲晶界在提高合金持久、蠕变 寿命和高温塑性方面表现最为优异，对合金的耐 蚀性能和焊接性能也具有良好作用，但对瞬时拉 伸强度和疲劳性能影响不明显. 需要关注的是，通 过缓冷获得弯曲晶界的同时，常会出现尺寸粗大 的析出相分布于晶界，同时晶内组织过度粗化，导 致合金性能降低. 因此，如何合理调控热处理工 艺，使弯曲晶界、晶界析出相和晶内组织良好匹 配，是有效提高材料性能的关键与难点，目前这方 面的相关报道较少，还需要进行更深入的实验研 究，这将对实际生产具有重要指导意义. 本文旨在对国内外关于弯曲晶界的研究进展 与结果进行总结，探讨弯曲晶界的形成条件、形成 机制以及弯曲晶界对合金性能的影响，同时也提 出了现阶段弯曲晶界研究存在的问题与难点，为 铁/镍基奥氏体合金弯曲晶界的进一步优化和以后 的工程化应用提供一些设计和研究思路. 1    弯曲晶界的形成条件 奥氏体钢或合金获得弯曲晶界的方法主要有 控冷热处理、回溶热处理、等温热处理、机械热处 理和合金化等，弯曲晶界如图 1 所示[1] . 由于不同 材料的成分、析出相、使用条件、性能指标等因素 各不相同，获得弯曲晶界所采用的方法也不同. 1.1    控冷热处理 控冷热处理是获得弯曲晶界最有效、应用最 广泛的一种特殊热处理制度. 该方法是将合金固 溶一定时间后直接以规定冷速冷却至某一温度水 冷或冷却至某一温度进行时效热处理，如表 1 所 · 1324 · 工程科学学报，第 43 卷，第 10 期