田秦冠 江珍艷 羅毅

摘?要：本文對GH4169材料焊接持久性能不合格問題進行了分析，這是由于釬料的溫度為1040℃，導致GH4169材料中δ相完全熔解，使材料出現缺口敏感性。我們在最終固溶時效前增加了900℃的熱處理，解決該問題。

關鍵詞：Ni3Nb-δ相;真空釬焊;缺口敏感

GH4169鎳基高溫合金在（-253～700）℃溫度范圍內具有良好的綜合力學性能，但是該合金的另一個特點是金相組織對熱處理溫度特別敏感，掌握合金中相析出和熔解規律，及組織與工藝、性能間的相互關系，可針對不同的使用要求，制定合理可行的工藝，滿足不同要求的零件。

我們在產品試制過程中出現GH4169材料，經過1040℃釬焊后缺口持久性能不合格的問題。

1?問題描述

零件材料為GH4169，工藝路線依次為鍛造（固溶態）、粗加工、消應力、精加工、釬焊（蜂窩環GH3536，焊料B-Ni82CrSiB）、時效。時效后檢測力學性能，其中持久性能不合格且試樣斷于缺口處。持久時間較為分散，有些為瞬間斷裂，有的則時間較長，但是也不合格。

2?故障原因分析

2.1?零件加工過程情況

經查加工記錄，加工過程符合文件要求，鍛件固溶態交付，鍛件驗收將固溶態試樣進行時效后，化學成分、力學性能，低倍組織、顯微組織、晶粒度均合格。釬焊工藝1040℃保溫（10-15）分鐘，氬氣冷卻。釬焊后時效熱處理工藝720℃保溫8h， 120分鐘降溫至620℃保溫8h。零件的加工過程符合文件要求。

2.2?不合格試樣分析情況

斷口試樣可以很清晰的看見放射區、纖維區，對試樣斷口放射區進行掃描電鏡分析見圖1，可明顯看見裂紋為沿晶斷裂。宏觀斷口附近的金相圖片如圖2，也顯示為沿晶裂紋，而且晶界和晶內δ相含量很少。

3?工藝分析及改進

GH4169合金的組織對熱加工工藝特別敏感，不同的熱處理制度獲得不同的力學性能。通過查詢文獻材料δ相析出相圖，在熱加工過程中δ相的開始析出溫度為700℃，980℃開始熔解，完全熔解溫度為1020℃。而零件釬焊的加熱工藝為1040℃保溫（10～15）分鐘。因此，認為零件出現缺口不合格的原因是由于釬焊溫度過高（1040℃），超過了GH4169材料δ相完全熔解溫度，在釬焊加熱保溫過程中合金中的δ相熔解。相關研究表明GH4169合金在650℃及更高溫度下多以沿晶形式擴展，δ相的形狀、取向會影響合金裂紋擴展速率和方向，增大裂紋擴展的阻力。正是因為缺少了晶界δ相的扎釘作用，導致裂紋擴展缺少阻力，最終材料出現缺口敏感，導致缺口持久試驗不合格。

根據GH4169中δ相的析出相圖，GH4169材料δ相的析出峰值約為900℃。采用不同的熱處理工藝會有不同數量和形貌的δ相析出，且δ相在GH4169材料中的析出是可逆的。為了改善基體材料的缺口敏感性，使經釬焊和熱處理后材料中存在適量的δ相，對經過釬焊后試樣進行900℃保溫再固溶時效的重復熱處理。但是δ相的析出量卻需要控制，如果析出太少則會起不到δ相的晶界扎釘作用，如果δ（Ni3Nb）相析出量太多，就會在其附近導致γ''、γ?貧化并影響其含量，從而影響材料的力學性能。所以需要生成適量的δ相，在確保室溫拉伸、高溫拉伸合格的前提下，使持久性能合格。最終通過工藝試驗確定于900℃保溫30分鐘再進行固溶時效的重復熱處理制度。

對重復熱處理后的式樣進行高倍組織和力學性能檢測。高倍組織檢測金相顯示在晶界重新析出了大量的δ相，呈現棒狀或者針狀組織。高溫持久力學性能檢測合格，斷口斷于光滑處，持久的時間數據較為集中，大多在61～71h之間，較大的超過標準要求的25h，不再存在缺口敏感性，室溫拉伸和高溫拉伸也符合要求。根據此實驗結論，更改零件加工工藝規程，在釬焊后進行重復熱處理，現已加工多批零件，所有性能均合格，也不再有缺口敏感性問題。

4?結語

4.1?通過故障分析和實驗驗證，零件缺口持久不合格的原因是由于釬焊溫度溫度為1040℃，使晶界δ相熔解，材料出現缺口敏感性導致缺口持久。

4.2?通過對釬焊后的試樣在900℃保溫并重新進行固溶時效，晶界處重新析出了δ相，試樣經測試力學性能合格，不再存在缺口敏感性。

4.3?GH4169材料可以通過調整熱加工工藝獲得形貌、數量和分布不同的δ相，從而使材料獲得不同的力學性能。

參考文獻：

[1]王建國等.GH4169合金加熱過程中形態和晶粒尺寸的演化規律.熱加工工藝，2013，vol42，No.24。

[2]侯杰等.GH4169合金高溫疲勞裂紋擴展的微觀損傷機制.工程科學學報，第40卷，第7期：822-823，2018年7月。