K501高溫合金熱處理及組織結構研究

王希多（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

K501高溫合金熱處理及組織結構研究

王希多
（中航工業沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

摘 要：鎳基K403高溫合金作為飛機發動機某零件的材料，經常會被燒穿和冷熱疲勞開裂，致使零件的使用壽命較短，影響了整體結構的可靠性和使用壽命，個別該零件的局部過燒和熱疲勞開裂將成為嚴重的問題。新型材料K501鑄造高溫合金材料，具有初熔溫度高、超高溫拉伸性能、抗熱疲勞能力的上限溫度高、高溫抗氧化、抗腐蝕能力好、工藝性能好等特點，允許補焊、強度適中等特點，它正好彌補了上述合金的不足。因此，研究K501鑄造高溫合金組織結構成為很迫切的問題。

關鍵詞：K501 熱處理；組織結構；試驗方法

1 實驗材料

所選試驗材料是我國自行研制的具有自主知識產權的鎳基K501鑄造高溫合金。母合金的成分為（0.02～0.10）%C、15.5% Cr、12.0%W、1.85%Mo、3.7%Al、0.007%B、0.02%Zr；Ni為基體。

2 試驗方法

2.1 熱處理實驗

熱處理采用SX2-10-13高溫箱式電阻爐固溶，采用SX2-8-10中溫箱式電阻爐時效，采用VGQV-240真空爐固溶后控制冷速，溫度偏差控制在±10℃。

2.2 顯微鏡觀察

從同爐的試棒上切取金相試樣觀察金相組織；分別在光學顯微鏡觀察（OM）、 S360型掃描電鏡（SEM）觀察和TEM樣品PhilipsLEM420型分析電鏡在上進行觀察和分析。

3 K501合金的組織結構

合金的性能決定于合金的組織。當合金的成分一定時，組織主要由熱處理制度決定。因此要發揮合金的性能，必須研究合金的組織結構的變化。

3.1 實驗方法

K501合金熱處理制度：

1100℃/2h，爐冷（1100℃在10-20分鐘內快速冷卻到500℃），然后空冷或爐冷到室溫，從同爐的試棒上切取金相試樣觀察金相組織；TEM樣品在PhilipsLEM420型分析電鏡上進行觀察和分析，金相試樣經磨平拋光腐蝕后在S360型掃描電鏡上進行觀察，金相及SEM試樣的腐蝕液為：40%HCl+20 %C2H5OH+1.5 gCuSO4+40%H2O。

3.2 實驗結果與分析

3.2.1 K501合金的相

（1）合金中的γ-固溶體

圖3-1可見，室溫下在Ni、W和Cr各角附近分別形成γ、α-Cr和α-W相，K501合金在1000℃以上時，除有少量液析的M6C和α-W外，幾乎全部是γ-固溶體。γ-固溶體的平均成分基本上是合金成分。由于γ-固溶體中允許溶入較多的W和Cr，使其不僅有很好的高溫強度和抗氧化能力，而且也不會析出其它相。

（2）合金中的γ?相

可見，γ?的開始析出溫度為1000℃，900℃以下長期時效后，γ?數量大約（20～30）%。γ?相是合金的主要強化相，如含量低于20%，強度就會偏低；高于30%，冷熱疲勞性能就會惡化。

圖2（a）為熱處理后的γ?相，均呈立方狀。這表明，γ和γ?之間的表面能低，鑄態γ?尺寸一般為1～3um。尺寸又比較粗大，因而熱穩定好，高溫長期使用過程中，γ?尺寸變化不會大，保證了性能的穩定性。

（3）合金中的其它析出相

觀察圖2（b）發現 ，較亮析出相應為α-W，較暗析出相為碳化物M6C。在1000℃以下時，γ-固溶體中，將過飽和析出大量的γ?相。γ?相中貧Cr、Mo，特別是貧Cr，因此γ?大量析將使γ-固溶體中大量富集Cr、Mo，這將有可能使γ-固溶體過飽和析出M6C、M23C6和其它金屬間化合物。

結語

K501合金中的主要相有：以Ni為基的γ-固溶體，γ?強化相和一定數量的α-W、M6C。有可能使γ-固溶體過飽和析出M6C、M23C6和其它金屬間化合物。

參考文獻

[1]黃康. 高溫合金[M].北京：冶金工業出版社，2012.

[2]仲緒.中國高溫合金四十年[M].北京：中國科學技術出版社，2006.

中圖分類號：TG156

文獻標識碼：A