倪童伟等：高铌高磷GH4169C和GH4169合金的组织稳定性 ·1287· 示.I区主要发生在时效初期，硬度小幅度下降，对应 提高是有限的，超过此限度，其稳定性反而降低 的晶内组织细小均匀，呈颗粒状分布.Ⅱ区发生在I 区之后，为缓慢下降区，硬度下降缓慢，强化相Y”粗化 参考文献 速率较低.Ⅲ区为熟化区，在此区内，晶内y”强化相发 [Pollock T M,Tin S.Nickel-based superalloys for advanced tur- 生Ostward熟化，尺寸迅速增大，数量大幅度减小，导 bine engines:chemistry,microstructure and properties.Propul 致硬度快速下降.而后进入Ⅳ区，硬度缓慢下降，其原 Poer,2006,22(2):361 2] 因可能是Y”相粗化长大到一定程度，并转化为δ相， Cedergren S,OlovsjoS,Sjoberg G,et al.The effects of grain size and feed rate on notch wear and burr formation in wrought Alloy 表现为y"相含量较少或基本不可见，而y相较为稳 718.Int J Adv Manuf Technol,2013,67(5-8):1501 定.随后硬度曲线进入V区，在V区内，晶内y相开始 B] Cao W D,Kennedy R L.New developments in wrought 718-ype 失效，含量减少，硬度因此下降.当y相含量降至低点 superalloys.Acta Metall Sin Engl Lett,2009,18(1):39 后，γ相含量不再大幅减少，硬度下降减缓，此时硬度 4]Xie X S,Dong J X.Fu S H,et al.Research and development of 曲线进入M区. y"and y'strengthened Ni-Fe base superalloy GH4169.Acta Metall Sin,2010,46(11):1289 (谢锡善，董建新，付书红，等.Y和y相强化的Ni-Fe基高 温合金GH4169的研究与发展.金属学报，2010,46(11)： 1289) [5]Ping D H,Gu Y F,Cui C Y,et al.Grain boundary segregation in a Ni-Fe-based (Alloy 718)superalloy.Mater Sci Eng A,2007, 456(1):99 [6]Sun W R,Guo S R,Lee J H,et al.Effects of phosphorus on the Ni Nb phase precipitation and the stress rupture properties in al- loy 718.Mater Sci Eng A,1998,247(1):173 Yamaguchi M,Shiga M.Kaburaki H.Grain boundary decohesion by impurity segregation in a nickel-sulfur system.Science,2005, 时效时间 307(5708):393 图14GH4169类合金长期时效硬度曲线 [8]Wang M,Du J,Deng Q,et al.The effect of phosphorus on the Fig.14 Hardness curve of the alloys with long time aging microstructure and mechanical properties of ATI 718Plus alloy. Mater Sci Eng A,2015,626:382 3结论 [9]Du J H,Lii X D,Deng Q,et al.Progress in GH4169 alloy devel- opment.Mater China,2012,31(12)12 (1)在服役温度范围内长期时效，GH4169合金和 (杜金辉，吕旭东，邓群，等.GH4169合金研制进展.中国材 GH4169C合金均表现较为优异的稳定性，至10000h, 料进展，2012,31(12)：12) 两合金晶内仍然存有大量y"相和Y相. 0o] Du J H,Wang M Q,Deng Q,et al.The Research on the mech- (2)在服役温度以上长期时效，GH4169合金和 anism of the influence on microstructure and properties of alloy CH4169Plus by phosphorus.J Iron Steel Res,2011,23(Suppl GH4169C合金稳定性较差，在短时间内，合金组织就 2):209 出现失稳，强化相开始粗化长大.相对比而言，704℃ (杜金辉，王民庆，邓群，等.磷对GH4169Ps合金组织及 时GH4169C合金组织稳定性较GH4169合金高，10000 性能影响机理的研究.钢铁研究学报，2011,23（增刊2）： h时合金还存在y相，而720℃时GH4169C合金组织 209) 稳定性劣于GH4169合金. [11]Whitmore L,Leitner H,Povoden-Karadeniz E,et al.Transmis- (3)与GH4169合金相比，GH4169C合金y相更 sion electron microscopy of single and double aged 718Plus su- peralloy.Mater Sci Eng A,2012,534:413 加稳定，可能是因为Nb取代YNi,Ti中Ti提高了结 02] Dong J X,Zhang M C,Xie X S,et al.Interfacial segregation 合能，进而增加了Y相稳定性. and cosegregation behaviour in a nickel-base alloy 718.Mater Sci (4)总的来说，GH4169C合金由于提高Nb含量 EngA,2002,328(1):8 和P含量使得其Y相稳定性增加，提高了合金整体稳 n3] Yu R H.Empirical electron theory of solids and molecules.Sci 定性，使得在服役温度以上还能表现比GH4169合金 Bll,1978,23(4):217 (余瑞璜.固体与分子经验电子理论.科学通报，1978,23 更为优异的组织稳定性，但Nb含量的提高同时增加 (4):217) 了8相含量，因此在超高温(720℃)时，GH4169C合金 [14]Viskari L.Stiller K.Atom probe tomography of Ni-base superal- 稳定性劣于GH4169合金.这说明改型GH4169C合金 loys Allvac 718Plus and Alloy 718.Ulramicroscopy,2011,111 相对于GH4169合金而言在使用温度上有所提高，但 (6):652倪童伟等: 高铌高磷 GH4169C 和 GH4169 合金的组织稳定性 示． Ⅰ区主要发生在时效初期，硬度小幅度下降，对应 的晶内组织细小均匀，呈颗粒状分布． Ⅱ区发生在Ⅰ 区之后，为缓慢下降区，硬度下降缓慢，强化相 γ″粗化 速率较低． Ⅲ区为熟化区，在此区内，晶内 γ″强化相发 生 Ostward 熟化，尺寸迅速增大，数量大幅度减小，导 致硬度快速下降． 而后进入Ⅳ区，硬度缓慢下降，其原 因可能是 γ″相粗化长大到一定程度，并转化为 δ 相， 表现为 γ″相含量较少或基本不可见，而 γ'相较为稳 定． 随后硬度曲线进入Ⅴ区，在Ⅴ区内，晶内 γ'相开始 失效，含量减少，硬度因此下降． 当 γ'相含量降至低点 后，γ'相含量不再大幅减少，硬度下降减缓，此时硬度 曲线进入Ⅵ区． 图 14 GH4169 类合金长期时效硬度曲线 Fig． 14 Hardness curve of the alloys with long time aging 3 结论 ( 1) 在服役温度范围内长期时效，GH4169 合金和 GH4169C 合金均表现较为优异的稳定性，至 10000 h， 两合金晶内仍然存有大量 γ″相和 γ'相． ( 2) 在服役温度以上长期时效，GH4169 合金和 GH4169C 合金稳定性较差，在短时间内，合金组织就 出现失稳，强化相开始粗化长大． 相对比而言，704 ℃ 时 GH4169C 合金组织稳定性较 GH4169 合金高，10000 h 时合金还存在 γ'相，而 720 ℃ 时 GH4169C 合金组织 稳定性劣于 GH4169 合金． ( 3) 与 GH4169 合金相比，GH4169C 合金 γ'相更 加稳定，可能是因为 Nb 取代 γ'-Ni3 Ti 中 Ti 提高了结 合能，进而增加了 γ'相稳定性． ( 4) 总的来说，GH4169C 合金由于提高 Nb 含量 和 P 含量使得其 γ'相稳定性增加，提高了合金整体稳 定性，使得在服役温度以上还能表现比 GH4169 合金 更为优异的组织稳定性，但 Nb 含量的提高同时增加 了 δ 相含量，因此在超高温( 720 ℃ ) 时，GH4169C 合金 稳定性劣于 GH4169 合金． 这说明改型 GH4169C 合金 相对于 GH4169 合金而言在使用温度上有所提高，但 提高是有限的，超过此限度，其稳定性反而降低． 参 考 文 献 ［1］ Pollock T M，Tin S． Nickel-based superalloys for advanced tur￾bine engines: chemistry，microstructure and properties． J Propul Power，2006，22( 2) : 361 ［2］ Cedergren S，Olovsj S，Sjberg G，et al． The effects of grain size and feed rate on notch wear and burr formation in wrought Alloy 718． Int J Adv Manuf Technol，2013，67( 5--8) : 1501 ［3］ Cao W D，Kennedy Ｒ L． New developments in wrought 718-type superalloys． Acta Metall Sin Engl Lett，2009，18( 1) : 39 ［4］ Xie X S，Dong J X，Fu S H，et al． Ｒesearch and development of γ″ and γ' strengthened Ni--Fe base superalloy GH4169． Acta Metall Sin，2010，46( 11) : 1289 ( 谢锡善，董建新，付书红，等． γ″和 γ'相强化的 Ni--Fe 基高 温合金 GH4169 的研究与发展． 金属学报，2010，46 ( 11) : 1289) ［5］ Ping D H，Gu Y F，Cui C Y，et al． Grain boundary segregation in a Ni--Fe-based ( Alloy 718) superalloy． Mater Sci Eng A，2007， 456( 1) : 99 ［6］ Sun W Ｒ，Guo S Ｒ，Lee J H，et al． Effects of phosphorus on the δ-Ni3Nb phase precipitation and the stress rupture properties in al￾loy 718． Mater Sci Eng A，1998，247( 1) : 173 ［7］ Yamaguchi M，Shiga M，Kaburaki H． Grain boundary decohesion by impurity segregation in a nickel-sulfur system． Science，2005， 307( 5708) : 393 ［8］ Wang M，Du J，Deng Q，et al． The effect of phosphorus on the microstructure and mechanical properties of ATI 718Plus alloy． Mater Sci Eng A，2015，626: 382 ［9］ Du J H，Lü X D，Deng Q，et al． Progress in GH4169 alloy devel￾opment． Mater China，2012，31( 12) : 12 ( 杜金辉，吕旭东，邓群，等． GH4169 合金研制进展． 中国材 料进展，2012，31( 12) : 12) ［10］ Du J H，Wang M Q，Deng Q，et al． The Ｒesearch on the mech￾anism of the influence on microstructure and properties of alloy GH4169Plus by phosphorus． J Iron Steel Ｒes，2011，23 ( Suppl 2) : 209 ( 杜金辉，王民庆，邓群，等． 磷对 GH4169Plus 合金组织及 性能影响机理的研究． 钢铁研究学报，2011，23 ( 增刊 2) : 209) ［11］ Whitmore L，Leitner H，Povoden-Karadeniz E，et al． Transmis￾sion electron microscopy of single and double aged 718Plus su￾peralloy． Mater Sci Eng A，2012，534: 413 ［12］ Dong J X，Zhang M C，Xie X S，et al． Interfacial segregation and cosegregation behaviour in a nickel-base alloy 718． Mater Sci Eng A，2002，328( 1) : 8 ［13］ Yu Ｒ H． Empirical electron theory of solids and molecules． Sci Bull，1978，23( 4) : 217 ( 余瑞璜． 固体与分子经验电子理论． 科学通报，1978，23 ( 4) : 217) ［14］ Viskari L，Stiller K． Atom probe tomography of Ni-base superal￾loys Allvac 718Plus and Alloy 718． Ultramicroscopy，2011，111 ( 6) : 652 ·1287·