镍基合金740H的组织结构与析出相分析.docx

镍基合金740是美国的SpecialMetalsCooperation(SMC)在镍基合金263的基础上通过降低C、Mo含量，增加Cr含量，添加约2%的Nb开发的析出相强化的镍基高温合金，其持久强度和抗腐蚀性能均高于镍基合金263。在温度范围内服役，镍基合金740中的γ相颗粒长大粗化、G相和η相的析出长大是其组织老化的3种主要方式。通过优化镍基合金740中的Al、Ti、Nb和Si元素获得了改进的镍基合金740H(见表1)。镍基合金740H的组织较为稳定，具有高强度、良好的持久强度和抗腐蚀性能，可作为700℃超超临界机组锅炉过热器、再热器的候选材料。目前国内对该合金在高温下的组织结构和相组成的研究较少，文献报道740H镍基合金中的元素对热力学平衡相析出行为影响，该合金在煤灰和烟气环境中的腐蚀行为见文献。本文将对不同状态下镍基合金740H组织结构和相组成及其对硬度、韧性的影响进行研究，为今后我国700℃超超临界火电机组用镍基高温合金的理论研究及应用提供参考。

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实验方法??

试验材料由美国金属公司提供，化学成分的实测值见表1。供货态镍基合金740和740H(1150℃下固溶30min后水淬)的编号为H0。供货态740和740H合金在800℃下时效16h后空冷，获得热处理态合金，编号为H1，随后在750℃下进行300、1000、3000h时效试验，获取时效态合金，编号分别为H2、H3、H4。

试验合金的组织显示采用化学方法侵蚀，借助FEIQuanta-400HV扫描电镜观察组织形貌及冲击试样的断口形貌，用X射线能谱仪(OXFORDINCA)进行成分分析。用高氯酸和乙醇混合液双喷电解减薄φ3的透射薄片，然后借助JEM-200CX透射电镜观察微观结构。

试验合金的硬度用布氏硬度计HB-3000C测量，载荷为1837.5N，试验值为3个测试点(同个试样)的硬度平均值。室温冲击试样为夏比V型缺口试样，尺寸为10mm×5mm×55mm，试验在PKP450示波冲击试验机上进行，数值为3个冲击试验试样测试值的平均值。

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实验结果?

2.1合金力学性能

图1示出不同状态下镍基合金740和740H的室温硬度。供货态时740H的硬度为168HB，热处理后硬度提高至304HB。750℃下时效300h后硬度进一步提高，为331HB。300~3000h时效过程中硬度变化范围为313~331HB。供货态时740合金硬度为252HB，热处理后硬度提高至320HB，750℃下时效300~3000h的硬度变化范围为312~345HB。对比2类合金硬度的变化过程，可见740H经热处理后析出硬化明显于740合金，在随后的时效过程中740和740H硬度具有较好的稳定性。

不同状态下镍基合金740和740H的室温冲击韧性见图2。供货态时740H合金的冲击韧性为240J/cm2；时效热处理后740H合金的冲击韧性降至37.5J/cm2；750℃下时效300~3000h过程740H合金的冲击韧性为28~35J/cm2，变化范围小，表明时效过程中740H合金的韧性略有降低。同时图2示出时效态740合金随时效时间延长，冲击韧性呈现逐步降低趋势。由图可见时效态740H合金韧性的稳定性优于740合金。

图?3为不同状态下镍基合金740H和740的冲击断口形貌。供货态时断口由大量的韧窝组成，表明其韧性好(图3(a))。热处理和时效处理后，韧窝减少，韧性降低。对比1000h时效态740和740H(图3(d)、(e))，可见740H的韧窝数量多于740，表明前者的韧性优于后者，与图2结果一致。

2.2合金组织结构

不同状态下的镍基合金740和740H在扫描电镜(scanningelectronmicroscopy，SEM)下的二次电子(secondaryelectron)像如图4所示。供货态组织中分布TiN和(NbTi)C颗粒(图4(a))。热处理后晶界清晰，有析出物形成，TiN和(NbTi)C颗粒分布形态不变(图4(b))。750℃时效300小时后析出物数量明显增多(图4(c))随时效时间延长，析出物进一步增多(图4(d))。对比740H的组织形貌，时效态镍基合金740晶界明显宽化，沿晶界析出M23C6和G相(图4(e)(f))，η相(针状)(图4(f))由晶界向