第8期 史世凤等：镍铬基K648合金Cr相析出的组织敏感性 ·909· Nb、Al和Ti,合金中的第二相对合金的性能有重要 31.99%~33.18%,而合金5~9中对Cr含量进行 影响.该合金的一个突出的特点是Cr的质量分数 微调，以考察aCr相对合金中Cr元素含量的敏感 高达32%~35%，高的铬含量会增加a-Cr相和含 性.后两炉C的质量分数分别为0.02%和0.05%， Cr碳化物（如MC6和M,C3)的析出倾向，而目前 用来分析C含量对K648合金中a一Cr相的影响. αC相析出和分布形态对合金成分的敏感性以及所有合金均进行标准热处理，热处理制度为： 对性能的影响规律还没有系统的研究报道.本文主 1180±10℃保温4h,空冷+900±10℃时效16h,空 要对aCr相的析出形态进行系统观察分析，以期 冷.同时，为了研究热处理制度对组织和性能的影 获得该类合金中aCr相析出特征对成分及工艺的 响，对2号合金经1180℃固溶后分别采用水冷、空 敏感性 冷、油冷和炉冷，以及1180℃固溶后经900℃时效 2、6、10和16h,并分别进行组织和性能的观察 1实验材料及研究方法 分析. 利用25kg真空炉冶炼了11炉K648合金（成 样品经20%+80%的硫酸甲醇溶液电解侵蚀， 分见表1)，其中前9炉为Cr的质量分数在 用于扫描电子显微镜的形貌观察；室温拉伸、冲击和 31.99%~33.48%范围内波动，用以比较Cr含量变 持久试验以及硬度测试按照国家标准进行.对 化对合金组织和力学性能的影响.在这9炉合金 K648合金的热力学计算采用软件Thermo--Calc及 中，合金1~4中Cr的质量分数变化较大，为 相应的镍基数据库来实现. 表1合金的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the alloys % 炉号 Si Cr 公 Mo 年 Nb Fe Ni 1 0.05 31.99 1.05 1.22 2.95 4.86 0.87 0.28 余量 0.07 32.47 1.08 1.17 2.95 4.74 0.85 0.18 余量 3 0.06 0.10 33.01 1.15 1.11 2.76 4.87 0.003 1.04 <0.20 余量 0.07 0.11 33.18 1.13 1.15 2.81 4.74 0.004 1.05 <0.20 余量 0.07 0.13 33.19 1.15 1.11 2.83 4.53 0.004 1.06 <0.20 余量 6 0.06 0.12 33.25 1.17 1.12 2.76 4.68 0.004 1.06 <0.20 余量 7 0.06 0.11 33.36 1.14 1.14 2.87 4.76 0.005 1.06 <0.20 余量 0.06 0.10 33.37 1.14 1.11 2.79 4.74 0.004 1.05 <0.20 余量 0.07 0.09 33.48 1.16 1.14 2.89 4.61 0.008 1.07 <0.20 余量 10 0.02 30.40 1.10 1.20 3.03 4.94 0.006 0.92 余量 11 0.05 30.24 1.10 1.20 3.05 4.93 0.008 0.96 余量 注：各合金中w(Mn)<0.2%,w(P)<0.015%,w(S)<0.003%,w(Se)<0.005% 2结果与讨论 α-Cr相的初始溶解温度为1040℃，y相的初始溶 解温度为910℃，M2C.低于1275℃就开始析出，各 2.1热力学平衡相图计算 析出相对应的平衡成分见表2. K648合金的典型化学成分（质量分数)为 2.2合金成分对组织的影响 0.04%C、33%Cr、2.8%Mo、4.5%W、0.9%Ti、 0.8%Al、0.8%Nb、余Ni.经热力学平衡相计算， 图2为合金1~4经标准热处理后对应的析出 得出当其化学成分为典型含量时各相析出量与析出 相形貌.可以看出经过标准热处理的合金组织与热 温度的关系如图1所示.结果表明，合金的主要平 力学相图计算结果基本吻合，能谱分析结果表明， 衡相为Y、a-Cr、y'、MxC6和μ相.a-Cr相是体心 合金主要的析出相为a-Cr相和晶界碳化物.从图 立方结构的富C固溶体，典型的碳化物为M,C6,Y 中可以看出，随着Cr的质量分数由31.99%（合金 相为Ni(Al,T).计算相图中有μ相存在，该相的 1)增加到33.18%（合金4)，aCr相析出形态发生 主要成分为Ni、Co、W和Mo,但通常在合金经过长 了明显的变化，对于C含量较低的合金1和合金 期时效后才析出.从计算结果得到，主要析出相 2,α一C为条状，各析出相间并不出现明显的“搭第 8 期 史世凤等: 镍铬基 K648 合金 α--Cr 相析出的组织敏感性 Nb、Al 和 Ti，合金中的第二相对合金的性能有重要 影响． 该合金的一个突出的特点是 Cr 的质量分数 高达 32% ～ 35% ，高的铬含量会增加 α--Cr 相和含 Cr 碳化物( 如 M23 C6和 M7 C3 ) 的析出倾向，而目前 α--Cr 相析出和分布形态对合金成分的敏感性以及 对性能的影响规律还没有系统的研究报道． 本文主 要对 α--Cr 相的析出形态进行系统观察分析，以期 获得该类合金中 α--Cr 相析出特征对成分及工艺的 敏感性． 1 实验材料及研究方法 利用 25 kg 真空炉冶炼了 11 炉 K648 合金( 成 分见 表 1 ) ，其 中 前 9 炉 为 Cr 的 质 量 分 数 在 31. 99% ～ 33. 48% 范围内波动，用以比较 Cr 含量变 化对合金组织和力学性能的影响． 在这 9 炉合金 中，合 金 1 ～ 4 中 Cr 的质量分数变化较大，为 31. 99% ～ 33. 18% ，而合金 5 ～ 9 中对 Cr 含量进行 微调，以考察 α--Cr 相对合金中 Cr 元素含量的敏感 性． 后两炉 C 的质量分数分别为 0. 02% 和 0. 05% ， 用来分析 C 含量对 K648 合金中 α--Cr 相的影响． 所有 合 金 均 进 行 标 准 热 处 理，热 处 理 制 度 为: 1 180 ± 10 ℃保温 4 h，空冷 + 900 ± 10 ℃时效 16 h，空 冷． 同时，为了研究热处理制度对组织和性能的影 响，对 2 号合金经 1 180 ℃ 固溶后分别采用水冷、空 冷、油冷和炉冷，以及 1 180 ℃ 固溶后经 900 ℃ 时效 2、6、10 和 16 h，并分别进行组织和性能的观察 分析． 样品经 20% + 80% 的硫酸甲醇溶液电解侵蚀， 用于扫描电子显微镜的形貌观察; 室温拉伸、冲击和 持久试验以及硬度测试按照国家标准进行． 对 K648 合金的热力学计算采用软件 Thermo--Calc 及 相应的镍基数据库来实现． 表 1 合金的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the alloys % 炉号 C Si Cr Ti Al Mo W B Nb Fe Ni 1 0. 05 — 31. 99 1. 05 1. 22 2. 95 4. 86 — 0. 87 0. 28 余量 2 0. 07 — 32. 47 1. 08 1. 17 2. 95 4. 74 — 0. 85 0. 18 余量 3 0. 06 0. 10 33. 01 1. 15 1. 11 2. 76 4. 87 0. 003 1. 04 ＜ 0. 20 余量 4 0. 07 0. 11 33. 18 1. 13 1. 15 2. 81 4. 74 0. 004 1. 05 ＜ 0. 20 余量 5 0. 07 0. 13 33. 19 1. 15 1. 11 2. 83 4. 53 0. 004 1. 06 ＜ 0. 20 余量 6 0. 06 0. 12 33. 25 1. 17 1. 12 2. 76 4. 68 0. 004 1. 06 ＜ 0. 20 余量 7 0. 06 0. 11 33. 36 1. 14 1. 14 2. 87 4. 76 0. 005 1. 06 ＜ 0. 20 余量 8 0. 06 0. 10 33. 37 1. 14 1. 11 2. 79 4. 74 0. 004 1. 05 ＜ 0. 20 余量 9 0. 07 0. 09 33. 48 1. 16 1. 14 2. 89 4. 61 0. 008 1. 07 ＜ 0. 20 余量 10 0. 02 — 30. 40 1. 10 1. 20 3. 03 4. 94 0. 006 0. 92 — 余量 11 0. 05 — 30. 24 1. 10 1. 20 3. 05 4. 93 0. 008 0. 96 — 余量 注: 各合金中 w( Mn) ＜ 0. 2% ，w( P) ＜ 0. 015% ，w( S) ＜ 0. 003% ，w( Se) ＜ 0. 005% ． 2 结果与讨论 2. 1 热力学平衡相图计算 K648 合金的典型化学成分 ( 质 量 分 数) 为 0. 04% C、33% Cr、2. 8% Mo、4. 5% W、0. 9% Ti、 0. 8% Al、0. 8% Nb、余 Ni． 经热力学平衡相计算， 得出当其化学成分为典型含量时各相析出量与析出 温度的关系如图 1 所示． 结果表明，合金的主要平 衡相为 γ、α--Cr、γ'、M23 C6和 μ 相． α--Cr 相是体心 立方结构的富 Cr 固溶体，典型的碳化物为 M23C6，γ' 相为 Ni3 ( Al，Ti) ． 计算相图中有 μ 相存在，该相的 主要成分为 Ni、Co、W 和 Mo，但通常在合金经过长 期时效后才析出． 从计算结果得到，主要析出相 α--Cr相的初始溶解温度为 1 040 ℃，γ'相的初始溶 解温度为 910 ℃，M23C6低于 1 275 ℃ 就开始析出，各 析出相对应的平衡成分见表 2． 2. 2 合金成分对组织的影响 图 2 为合金 1 ～ 4 经标准热处理后对应的析出 相形貌． 可以看出经过标准热处理的合金组织与热 力学相图计算结果基本吻合． 能谱分析结果表明， 合金主要的析出相为 α--Cr 相和晶界碳化物． 从图 中可以看出，随着 Cr 的质量分数由 31. 99% ( 合金 1) 增加到 33. 18% ( 合金 4) ，α--Cr 相析出形态发生 了明显的变化，对于 Cr 含量较低的合金 1 和合金 2，α--Cr 为条状，各析出相间并不出现明显的“搭 ·909·