磷对GH169合金组织性能的影响

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1999.01.009 第21卷第1期 北京科技大学学报 VoL21 No.1 1999年2月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Feb.1999 磷对GH169合金组织性能的影响 刘兴博 唐宾董建新胡尧和 谢锡善 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要对不同醉含量5炉GH169(N718)合金进行力学性能测试及显徽组织分析，结果表明，磷 具有“反常"的强韧化作用，随磷含量增加，GH169合金最终热处理后的650℃持久寿命和塑性亦 显著增加. 关健词高温合金；GH169(N718);磷；力学性能 分类号V252.2 GH169(nconel718)合金以其良好的综合力 织和力学性能分析，以明确磷对GH169合金的影 学性能和较好的组织稳定性，在国际和国内正得 响和作用. 到广泛的应用2！.而随着怡炼技术的不断提高和 真空冶炼新工艺的应用，合金中的杂技含量已可 1试验方法 望降至106极低水平B1.同时，各种微量元素对 采用真空感应炉炼制不同磷的5炉合金，其 合金组织性能的影响也越来越受到重视)，本文 成分见表1， 对磷含量从105到1.3×10-4的5炉合金进行组 表1试验合金的化学成分（质量分数） % 炉号 C Mn Si P Ni Cr Mo Al Ti Nb B Fe 10.020.020.05 0.0010.001052.52 18.693.01 0.521.015.20 0.005 bal 2 0.03 0.02 0.05 0.002 0.002552.38 18.62 2.980.47 1.01 5.15 0.005 bal 30.030.020.060.0030.003352.79 18.563.010.521.005.240.006 bal 40.020.020.050.0030.0083 52.76 18.45 3.05 0.52 1.01 5.17 0.006 bal 50.020.020.050.0030.013052.90 18.763.010.501.015.17 0.005 bal 合金锭经1160℃，24h和1180℃，24h两段 式扩散退火，锻造开坯，最后热轧成中18mm棒材 60 供试验用.试样的热处理制度为：955℃，1h,空 o 40 新面收缩率 AA 延伸率 冷720℃，8h,50℃h炉冷到620℃，8h,空冷.经 副20 机加工成性能试样，进行室温和500℃，650℃的 0 瞬时拉伸性能及650℃，686MPa应力条件下持久 抗拉强度 1.4 西02 性能测试，同时用金相和扫描及透射电镜对合金 组织进行观察， 1.2 屈服强度又 2试验结果及讨论 1.0 020406080100120140160 2.1拉抻性能 w(P)/×106 图1的结果表明，磷在室温条件下，含量从 图1磷对GH169合金室温拉伸的影响 10-5增至1.3×10-4时，GH169合金的屈服强 标中：延伸率(6)在22%~24%之间，断面收缩率 度(o2)在1180MPa左右波动，变化不大；而抗拉 在42%左右.500℃拉伸（见图2）和650℃拉伸（见 强度(a)也基本维持在1420MPa.合金的塑性指 图3)的试验结果与室温拉伸类似.说明：无论在 1998-03-04收稿刘兴博男，25岁，博士生 室温还是高温拉伸，磷对G69合金的瞬时拉伸强 ◆国家自然科学基金资助(No.5971036) 度和塑性均无明显影响

第 卷 年 第 期 月 北 京 科 技 大 学 学 报 卿 妞 。 】 恤 一 磷对 合金组织性能的影响 刘兴博 唐 宾 董建新 胡尧和 谢锡善 北京科技大学材料科学与工程学 院 ， 北京 摘 要 对不 同磷含量 炉 合金进行力学性能测试及显微组织分析 ， 结果表明 ， 磷 具有 “ 反 常 ” 的强 韧化作用 ， 随磷含量 增加 ， 合金最终热处理 后 的 ℃ 持久寿命和塑性亦 显著增加 关健词 高温合金 磷 力学性能 分类号 合金 以 其 良好 的综合力 学性能 和 较好的组织稳 定性 ， 在 国 际和 国 内正 得 到 广泛 的应用， 〕 而 随着冶炼技术 的不 断提 高和 真空 冶炼新工 艺 的应用 ， 合金中的 杂技 含 量 已 可 望 降至 “ 极低水平， 〕 同时 ， 各种微量 元 素对 合金 组织 性 能 的影 响也 越来越 受 到 重 视 本 文 对磷含 量 从 ’ 到 ’ 的 炉 合金 进 行 组 织 和 力学性 能分析 ， 以 明确磷 对 合金 的影 响和作 用 试验方法 采 用真空感应 炉炼制不 同磷 的 炉 合金 ， 其 成分见 表 表 试验合金的化学成分 质 分数 炉号 一 。 ， ︸，， ︸ 二‘ … 合金锭 经 ℃ ， 和 ℃ ， 两段 式扩 散退 火 ， 锻造 开坯 ， 最后 热轧成中 棒材 供 试 验 用 试 样 的 热 处理 制 度 为 ℃ ， ， 空 冷 ℃ ， ， ℃ 瓜 炉 冷 到 ℃ ， ， 空 冷 经 机 加 工 成 性 能 试 样 ， 进 行 室 温 和 ℃ ， “ ℃ 的 瞬 时拉 伸 性 能及 ℃ ， 应力 条件下 持久 性 能测 试 ， 同时用 金 相 和 扫描及 透射电镜对合金 组织进行观察 试验结果及讨论 拉神性能 图 的结果 表 明 ， 磷 在 室 温 条 件 下 ， 含 量 从 一 ’ 增 至 一 时 ， 合 金 的 屈 服 强 度 在 左右波 动 ， 变化不大 而抗拉 强度 几 也基本维持在 合金 的塑性 指 一 收稿 刘兴博 男 ， 岁 ， 博士 生 国 家 自然科学基金 资助 断面收缩率 ， △ ， 一 ‘ 盏 公 延伸率 ‘ 泰 止 ’ ，尸 抗拉强度 八 一 屈服强度 。 工 里 ” 刘侧岁、 侧顺 一 圈 磷对 ‘ ，合金室温拉伸的影晌 标 中 延 伸率 酌 在 一 之 间 ， 断 面 收 缩 率 在 左 右 ℃ 拉 伸 见 图 和 ℃ 拉 伸 见 图 的 试 验结 果 与 室 温 拉 伸 类 似 说 明 无 论在 室 温 还 是 高温 拉 伸 ， 磷 对 合 金 的 瞬 时拉伸强 度和 塑性 均无 明显影 响 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．01．009

·30· 北京科技大学学 报 1999年第1期 60 断面收缩率 80 40 延伸率 断面收增率 20 王土 020 10 廷伸率 0 1.4 抗拉强度兰 200 厨服惑度 1.2 麻聚瑞度 100 1.0 。 020406080100120140 0 20 40 6080100120140160 w(PYx10-6 w(P)x10-4 图2磷对GH169合金500℃拉伸的影响 图4磷对GH169合金650℃持久性能的影响 40 时，延伸率(6)达到10%，断面收缩率(p)达到 44%:似乎在3.0×10-5左右的磷含量时，GH169 20 延伸率 士 合金呈现“塑性低谷“现象，为了证实这个现象是 否呈现固有的规律，需要重复验证， 对GH169合金持久性能测试，显然出现了一 1.4 个非常引人注意的“反常”现象，即在通常认识中 1.2 抗拉强度 的“脆化元素"磷对GH169来说似乎不是一个有 1.0 雪查8 厨服强度。 害杂质元素，相反地，它竟是对GH169合金起~强 韧化”作用的微合金化元素.这个看来似平是特 0 20 4060 80100120140160 殊的“反常”现象，在高温合金中却是一个重要的 hP)X10· 发现，有待深入研究 图3确对GH169合金650℃拉伸的影响 2.3组织观察 2.2持久性能 对不同磷含量的合金进行金相观察的结果 图4显示：磷含量在10~5一1.3×104之间对 显示合金的晶粒度均匀，平均为ASTM8一9级. GH169合金650℃，686MPa持久性能的影响.随 研究范围内含磷量最低(10~5)的到含磷量最 磷含量增加，合金的持久寿命不断升高，含极低 高(1.3×10)的合金中6相数量和分布状态（如 磷10~的合金持久寿命仅为80h,而磷含量为 图5和图6所示，扫描电镜照片)是均匀的.合金 13×10~*时，合金的持久寿命高达260h:辟对合 中的6均以短棒或颗粒状出并分布于晶界，可以 金的持久塑性亦有显著影响，合金含睡量从10· 认为，合金中含磷量的差异并不影响GH169的6 增至2.5×10-4时，延伸率从8%降至3%.断面收 相出行为及晶粒度.随后的透射电镜观察表明， 缩率从42%降至24%.随后的磷含量继续升高，合 在GH169合金中磷含量的不同并未影响主要强 金的塑性又不断改善，当磷含量增至13×104 化相y和y的数量、形态及分布，见图7. 图5磷对GH169合金晶粒及d相的影响

VoL21 No.1 刘兴博等：确对GH169合金组织性能的影响 年31， 012 10 20U 图6确对GH169合金晶粒及b相的影响 图7确对GH169合金中y和y的影响 3结论 “反常“的“强韧化”作用.这一重要实验事实，有 待于重复显现和确证以及进行深人的研究， (1)确含量在10-3~1.3×10-4时对G日169 合金的室温及500,650℃时解时拉伸强度及塑性 参考文献 均无显著影响， 1陈国良.高温合金学.北京：冶金工业出版社，1988.138 (2)确含量的不同并未明显影响合金的晶粒 2 Wagner H I.Hall A M.Physical Metallurgy of Alloy 度以及ò相和主要强化相y和y的数量及分布. 718.DMIC Report.1965.217 (3)确含量10~3~1.3×10·时能显著提 3 Loria E A.The Status and Prospect of Alloy718.J 高GH169合金在650℃，686MPa条件下的持久 Metals,1988.7:36 4 Amitchell.Melting and Refining of Superalloys and 寿命，较高含量的确亦能提高持久塑性，然而在 Titanium Alloys.ISIJ,32(5):557 含量为3×10~3左右时合金的持久塑性却呈 5 Mclean M.Strang A.Effects of Face Elements on 现“低谷"现象 Mechanical Properties of Superalloys.Metals Technol- (4)在GH169合金中磷对持久性能似乎有 0gy.1984.11:454 Effect of Phosphorus on Mechanical Properties and Microstructure in GH169(In718)Alloy Liu Xingbo,Tang Bin,Dong Jianxin,Hu Yaohe,Xie Xishan Material Science and Engineering School.UST Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT The influence of phosphorus ranging from 10--1.3x 10-on mechanical properties and microstructure of GH169(IN718)has been detected.The results show that phosphorus has a strengthening and toughening effect,i.e.to increase stress rupure life and ductility of GH169(IN718) at650℃. KEY WORDS GH169(IN718);phoshorou;mechanical property