热处理对K445高温合金组织及性能的影响

【摘要】： K445高温合金是一种铸造镍基高温合金,具有良好的综合性能,其主要应用于燃气轮机的三、四级工作叶片。为了满足产品的要求,该合金必须保证有较高的强度、很好的韧性以及抗热腐蚀能力和组织长期稳定性。而高温合金的性能主要决定于它的化学组成和组织结构。当合金成分一定时,热处理工艺对合金的组织影响非常敏感。热处理能改变合金中的相的分布、数量与形态,可改善合金的晶界状态,达到改善合金性能的效果。 本课题主要是通过改变固溶温度、固溶时间、固溶冷却速度、时效温度、时效时间、保护气氛等工艺变量,对K445高温合金进行固溶+时效热处理,并进行显微组织观察和硬度测试,系统地研究了热处理工艺对K445高温合金组织与性能地影响。结果表明: 1 K445铸态合金的主要组织为:γ基体,粗大的γ′相,花瓣状的γ+γ′共晶组织,以及晶界上及晶内的MC碳化物;经过热处理后的K445合金成分偏析程度减轻,粗大的γ′相变得细小而弥散,在晶界上及晶内都分布着一定数量的M23C6及少量的MC碳化物。 2在1050℃~1300℃之间,K445合金硬度随固溶温度的升高先增大,当固溶温度达到1250℃时,合金硬度出现峰值。固溶温度越高,固溶处理时K445合金中的γ′相及二次碳化物溶解的越充分,残余碳化物越少,γ+γ′共晶在基体中的固溶程度越高,在随后时效过程中,析出的强化相数量多且弥散。K445合金的固溶保温时间过短时,时效后析出的γ′相尺寸偏大,硬度较低;当保温时间为1.5h时,γ′相的析出尺寸减小,合金硬度有所提高。 3 K445合金固溶后经空冷的组织中已有少量γ′相析出,并在时效过程中长大,合金硬度略低;而水冷后的合金表面产生了宏观裂纹;固溶冷却方式为油冷热处理后的合金组织和硬度都较为理想。 4时效温度在730℃~880℃范围内,K445高温合金中的γ′强化相、M23C6碳化物及硼化物的数量随时效温度的升高而增加,在880℃析出的数量最多,合金硬度最高;时效温度为920℃时,合金中的部分γ′相聚集长大,合金硬度降低。时效时间为10h时,K445高温合金中的γ′相的析出量不足,合金硬度较低;当时效时间延长至16h时,合金中析出了充足的细小弥散γ′相,合金硬度达到最高;当时效时间大于20h,γ′相开始聚集长大,合金硬度下降。 5 K445合金经过二次时效处理后,硬度与一次时效后相比变化不大,但经过二次时效处理的合金中析出了更多的M23C6及MC碳化物,且析出的γ′相略有长大并有成筏排状排布的趋势。 6在大气环境下对K445高温合金进行热处理得到的γ′相及碳化物尺寸细小,分布均匀、弥散,合金的硬度最高;在氮气环境下对K445高温合金热处理得到的γ′相粗大,且分布不均,热处理后合金硬度的几乎没有提高;K445合金在氩气及真空下的热处理,得到的强化相颗粒也比较细小均匀,硬度较高,但运行成本高,操作工序复杂。