CN106370688A - 一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法，对不同热处理态的γ′相沉淀强化镍基变形合金试样进行打磨、抛光、腐蚀，能清楚看到试样晶粒、晶界相和晶内γ′相；采用扫描电镜和金相分析软件获得每个热处理态合金的平均γ′相尺寸；用显微硬度计测量合金试样多个晶粒内部的显微强度，计算每个热处理态合金的平均显微硬度；比较不同热处理态合金的显微硬度，当合金的显微硬度最高时，该热处理态合金的γ′相尺寸最优，热处理工艺较好。本发明提供了一种通过比较不同热处理态合金的显微硬度，找出合金的最优γ′相尺寸，进而快速确定合金热处理工艺的方法，使用简单快捷。

Description

一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的 方法

技术领域

本发明涉及一种高温合金组织的鉴定方法，具体为一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法。

背景技术

镍基变形高温合金是航空航天、电站、石化等领域高温部件的主要候选材料之一，合金服役过程中对合金的强度和硬度有很高的要求。镍基γ′相沉淀强化型变形高温合金的微观组织为等轴晶，晶界一般为碳化物相，晶内为γ′相。γ′相是镍基沉淀强化型变形高温合金中的主要强化相，在热处理态合金中其体积分数达到了10％以上，γ′相的尺寸范围一般为10～90nm，其尺寸大小对合金的强度有很大的影响作用。在合金成分确定的条件下，镍基沉淀强化型合金通过不同的时效温度和时间等热处理工艺，从过饱和基体中析出第二相γ′相，分布在等轴晶内部以强化合金。在优化的热处理工艺条件下，得到合理分布的γ′相尺寸、数量等，可以最大限度发挥合金的性能潜能。如何确定不同热处理工艺条件下优化的γ′相尺寸，是镍基变形高温合金热处理过程的重要环节。

目前对强化相γ′尺寸的确定，需要通过对不同热处理态的合金进行大量力学性能的测试，如拉伸性能、持久性能等测试，消耗大量的人力、物力和经费等。显微硬度是合金的一个重要性能指标，通过显微硬度可以了解合金热处理过程中的内部结构变化，可以得到材料的相关性能变化，进而间接判断合金的热处理是否符合要求。镍基变形高温合金的显微硬度与晶内的γ′的分布密切相关：时效过程中γ′是连续析出的，在其相变温度以下就会有γ′相形核长大，在更低温度区间可以大量形核长大，促使合金的显微硬度不断升高；但当γ′尺寸增加到一定值后，其强化作用会减弱，显微硬度降低，合金性能下降。所以有必要提供一种快速判断最优γ′相尺寸的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法，该方法能够快速确定合金的最优γ′相尺寸，进而确定最优的热处理工艺。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法，包括以下步骤：

1)将不同热处理态的γ′相沉淀强化镍基变形合金试样进行研磨、抛光后，金相腐蚀出晶界相和晶内γ′相，并能够看到晶粒；

2)采用扫描电镜获得晶粒内部的γ′相形貌，采用金相分析软件获得γ′相的平均尺寸；

3)采用显微硬度计进行显微硬度测试，在不同晶粒内部测试10个点以上；对测量的显微硬度值进行算术平均，平均值即为γ′相沉淀强化镍基变形合金的显微硬度值；

4)将不同热处理态γ′相沉淀强化镍基变形合金试样的显微硬度值进行比较，显微硬度值最高的为该热处理态的γ′相沉淀强化镍基变形合金试样的γ′相尺寸最优。

所述γ′相沉淀强化镍基变形合金试样的微观组织为等轴晶，晶粒≥30μm，尺寸晶内为γ′相，晶界为碳化物相，γ′相尺寸范围为20-90nm。

显微硬度计测试点在晶粒内部，测试斑点的边缘距离晶界≥5μm。

显微硬度测量时硬度计的加载载荷为25～300g，加载时间为8～20s。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明判断预测镍基变形高温合金的热处理强化相析出特征，采用扫描电镜获得γ′相形貌和尺寸，结合合金晶粒内部的显微硬度值，预判合金优化的γ′相尺寸，得到硬度值较大的γ′相沉淀强化镍基变形合金，而显微硬度的测试结果在一定条件下能敏感地反映出合金组织结构和热处理工艺上的差异，所以γ′相尺寸最优的γ′相沉淀强化镍基变形合金对应的热处理工艺较好，所以本发明的方法缩短了试验的周期和成本，大大提高了效率，并且简单方便、测试精确，利于得到广泛应用。由于本发明提出显微硬度测试点均在合金的晶粒内部，避开了晶界相的影响，可以直接获得γ′相变化对合金的影响。与现有技术相比，本发明可以更加快速、方便的判断沉淀强化镍基变形合金最优的γ′相尺寸。

附图说明

图1为本发明使用合金实施例3的热处理组织；

图2为本发明使用合金实施例3的γ′相形貌。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明中采用的合金为一种γ′相沉淀强化的镍铁基变形合金，微观组织为等轴晶，晶内为强化相γ′相，晶界为碳化物相。

实施例1

将上述镍基变形合金进行热处理，热处理工艺为：1150℃/1.5h/空冷+780℃/1h/空冷，然后研磨、抛光后，金相腐蚀出晶界和晶内区域，可以清楚看到晶粒、晶界相和晶内γ′相。

采用扫描电镜获得晶内的γ′相形貌组织照片，再采用金相分析软件获得γ′相的尺寸，见表1。

实施例2

实施例2-实施例7的热处理条件见表1。

下面对采用实施例1-7中的热处理工艺后的合金试样判断最优γ′相尺寸，具体包括以下步骤：

1)对实施例1-7中的经不同热处理态的γ′相沉淀强化镍基变形合金试样进行研磨、抛光后，金相腐蚀出晶界相和晶内γ′相，并能够看到晶粒；该试样的微观组织为等轴晶，晶粒≥30μm，尺寸晶内为γ′相，晶界为碳化物相，γ′相尺寸范围为20-90nm。

2)采用扫描电镜获得晶粒内部的γ′相形貌，采用金相分析软件获得γ′相的平均尺寸；

3)采用显微硬度计进行显微硬度测试，在不同晶粒内部测试10个点以上；对测量的显微硬度值进行算术平均，平均值即为γ′相沉淀强化镍基变形合金的显微硬度值；其中，显微硬度计测试点在晶粒内部，测试斑点的边缘距离晶界≥5μm；显微硬度测量时硬度计的加载载荷为25～300g，在加载过程中力值保持平稳，加载时间为8～20s。

4)将不同热处理态γ′相沉淀强化镍基变形合金试样的显微硬度值进行比较，当合金的显微硬度最高时，该合金的γ′相尺寸最优，对应的热处理工艺较好。

表1给出了合金的7种热处理工艺，每一种热处理后的镍基变形合金试样经过研磨、抛光后，金相腐蚀出晶界和晶内区域，可以清楚看到晶粒。

图1是实施例3的热处理组织，微观组织为等轴晶。采用扫描电镜获得晶内的γ′相形貌组织照片，图2是实施例3的γ′相形貌；采用金相分析软件获得γ′相的尺寸，表1给出了7个实施例的γ′相尺寸。

采用显微硬度计在合金晶粒内部测量显微硬度，载荷为100g，在加载过程中力值保持平稳，加载时间为10s；在不同晶粒内部测试10个点，每个测试点菱形斑的边缘距离晶界≥10μm，计算出每个热处理态合金的显微硬度平均值；表1给出了每个热处理状态下合金的显微硬度。

经过比较，实施例3的显微硬度值最高的合金，γ′相尺寸为39nm，说明该热处理条件下合金的γ′相尺寸最优，此热处理工艺较好。

表1实施例的热处理工艺、γ′相尺寸和显微硬度

本发明提出了一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法；采用扫描电镜、显微硬度计相结合的方法，可以快速确定最优的γ′相尺寸范围，以筛选合金的热处理工艺；本方法缩短了试验的周期和成本，大大提高了效率。

Claims (4)

1.一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将不同热处理态的γ′相沉淀强化镍基变形合金试样进行研磨、抛光后，金相腐蚀出晶界相和晶内γ′相，并能够看到晶粒；

2)采用扫描电镜获得晶粒内部的γ′相形貌，采用金相分析软件获得γ′相的平均尺寸；

3)采用显微硬度计进行显微硬度测试，在不同晶粒内部测试10个点以上；对测量的显微硬度值进行算术平均，平均值即为γ′相沉淀强化镍基变形合金的显微硬度值；

4)将不同热处理态γ′相沉淀强化镍基变形合金试样的显微硬度值进行比较，显微硬度值最高的为该热处理态的γ′相沉淀强化镍基变形合金试样的γ′相尺寸最优。

2.根据权利要求1所述的一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法，其特征在于：所述γ′相沉淀强化镍基变形合金试样的微观组织为等轴晶，晶粒≥30μm，尺寸晶内为γ′相，晶界为碳化物相，γ′相尺寸范围为20-90nm。

3.根据权利要求1所述的一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法，其特征在于：显微硬度计测试点在晶粒内部，测试斑点的边缘距离晶界≥5μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于显微硬度判断镍基变形高温合金最优γ′相尺寸的方法，其特征在于：显微硬度测量时硬度计的加载载荷为25～300g，加载时间为8～20s。