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热处理中的镍基合金热处理技术镍基合金是一种非常重要的金属材料，具有良好的耐热性、耐蚀性和抗氧化性能，广泛应用于航空、航天、化工等领域。
在镍基合金的制造和应用过程中，热处理技术起着重要的作用，可以有效地控制材料的性能和结构，提高其耐用性和可靠性，延长其使用寿命。
本文将对镍基合金的热处理技术进行详细介绍。
一、热处理的基本原理热处理是指在一定温度下和时间内对材料进行加热、保温和冷却等过程，以改变其性能和组织结构的工艺。
具体而言，热处理可以分为两个过程：加热过程和冷却过程。
在加热过程中，材料的晶粒逐渐长大，同时在内部形成一定的应力场，产生一系列的变形和相变。
在冷却过程中，这些应力和变形将得到释放和修复，材料的晶粒将重新调整和排列。
通过这些变化和调整，热处理可以使材料的性能得到显著的提高，从而满足不同领域的需求。
二、镍基合金的热处理工艺镍基合金是一种高强度、高温合金，其应用领域非常广泛。
在不同的使用环境下，镍基合金需要具有不同的性能和结构，因此需要进行不同的热处理工艺。
以下是几种典型的镍基合金热处理工艺。
1. 固溶处理固溶处理是镍基合金的常见热处理工艺之一，其主要目的是去除材料的金相或结构缺陷，使晶粒得到再生长和调整。
具体而言，固溶处理是指将材料加热到一定的温度，保温一定的时间，然后冷却至室温的工艺。
在固溶处理过程中，固溶温度的选择非常重要。
固溶温度过高将导致过度烧损和烧结，过低则无法达到固溶的效果。
通常情况下，固溶温度应选择在材料的升温和降温曲线上的峰值位置。
2. 锻造处理锻造处理是将镍基合金加热至通常超过其熔点的温度，然后通过机械锻造的方式改变材料的织构和结构，提高其性能和机械强度。
锻造处理可以使材料的晶粒得到细化和调整，从而达到提高其耐腐蚀性、耐热性和抗氧化性的目的。
3. 晶粒度控制处理晶粒度控制处理是指通过控制固溶和再结晶的温度和保温时间，调整材料的晶粒大小和分布，以提高其性能和可靠性。
通常情况下，细晶材料具有优异的力学、化学和物理性能，因此晶粒度控制处理是镍基合金的重要热处理技术之一。
高温合金中的热处理工艺研究热处理是一种常见的金属加工和制造工艺，高温合金作为一种特殊的金属材料，其热处理工艺对其性能的提高和稳定至关重要。
一、高温合金的概念和分类高温合金是一类可用于高温（600℃以上）下工作的合金材料。
这类合金由于其优异的高温性能被广泛应用于航空、航天、核能、石化、冶金等领域。
根据合金元素成分和组织结构，高温合金可以分为两类，即铸造高温合金和变形高温合金。
铸造高温合金可以通过熔炼铸造方式制备得到，包括铸造钴基高温合金、铸造镍基高温合金、铸造铁基高温合金等。
变形高温合金可以通过加热变形方式制备得到，包括镍基高温合金、钴基高温合金、铁基高温合金等。
二、高温合金的热处理工艺高温合金的热处理工艺包括退火、固溶处理、时效处理等。
1.退火退火是指对高温合金进行加热至其细晶化温度，保温一定时间后冷却至室温的一种热处理方法。
退火能够消除材料内部的应力、亚晶点和缺陷，并使材料晶粒细化，提高其韧性和塑性。
但是，对于某些高温合金，如不锈钢，退火过程中会导致晶间腐蚀的出现。
2.固溶处理固溶处理是指将高温合金加热至其固溶温度，使得固溶体中的溶质原子进入固溶体结构中的间隙位置或取代固溶体晶格中的原子，后在适当的条件下急冷冷却得到超饱和固溶体的一种热处理方法。
固溶处理可以显著提高高温合金的强度和硬度，但也可能导致材料中的残余应力和晶界腐蚀现象的出现。
3.时效处理时效处理是指将经固溶处理后的高温合金在一定的温度下保温一定时间后进行水淬冷却的一种热处理方法。
时效处理能够通过固溶体中的溶质原子改变合金中的原子成分，使其更加稳定。
时效处理也是提高高温合金耐热、耐腐蚀性能的重要方法。
三、高温合金的热处理工艺应用高温合金是一种特殊的金属材料，其应用领域广泛，如航空、航天、核能、石油化工、冶金等方面。
（1）航空航天领域高温合金在航空、航天领域中的应用非常广泛。
在发动机中，高温合金作为一种关键材料，能够在极端的高温和高压环境下保证发动机的正常工作。
热处理对镍基合金的影响镍基合金是一种广泛应用于航空、化工、电力等行业的高性能合金材料。
在合金制备过程中，热处理是一项关键工艺，它可以改善材料的力学性能、耐腐蚀性能以及热稳定性。
本文将探讨热处理对镍基合金的影响，并分析不同热处理条件下的材料性能变化。
一、热处理的基本原理热处理是指将材料加热至一定温度，保持一段时间，然后通过冷却获得所需的材料性能。
在镍基合金的热处理过程中，包括固溶处理和时效处理两个主要步骤。
1. 固溶处理：固溶处理是将合金加热至高温区，在此温度下使合金元素均匀溶解在固体溶体中，以消除材料的非均匀性和组织缺陷。
2. 时效处理：时效处理是在固溶处理后，将合金冷却到室温，并在较低温度下进行保温处理。
该步骤旨在通过析出相的形成来提高材料的强度和硬度。
二、热处理对镍基合金的影响热处理对镍基合金的影响是多样的，包括晶粒尺寸、相组成、硬度以及耐腐蚀性等方面的变化。
以下将对这些方面进行详细讨论。
1. 晶粒尺寸：热处理可以影响镍基合金的晶粒尺寸。
晶粒细化有利于提高材料的力学性能和耐腐蚀性能。
固溶处理和时效处理都可以促进晶粒尺寸的细化，但固溶处理温度较高，容易使晶粒长大，因此需要合理控制处理温度和时间。
2. 相组成：热处理可以改变镍基合金中的相组成。
随着固溶处理温度的升高，合金中的溶质元素更容易溶解在固溶体中，从而改变合金的组成。
时效处理则能够在固溶处理的基础上，形成富集的析出相，提高材料的强度和硬度。
3. 硬度：热处理过程中的固溶处理和时效处理都能够提高镍基合金的硬度。
固溶处理通过消除晶界和内部的组织缺陷，降低材料的软化程度，从而提高硬度。
时效处理则通过析出相的形成，限制晶粒的运动，增加材料的强度和硬度。
4. 耐腐蚀性：热处理可以显著改善镍基合金的耐腐蚀性能。
固溶处理可以提高合金的均匀性和晶粒细化程度，从而减少合金表面的缺陷，提高耐腐蚀性。
时效处理则可通过析出相的形成，提高合金的耐腐蚀性能。
三、不同热处理条件下的影响差异在进行热处理时，温度、时间以及冷却速率等参数的选择都会对镍基合金的性能产生重要影响。
inconel 718热处理工艺
Inconel718是一种镍基合金，具有优异的高温抗氧化性、高强
度和优异的耐腐蚀性能。
由于其广泛的应用，对其热处理工艺的掌握显得尤为重要。
Inconel 718通常采用两步热处理工艺，即先进行固溶处理，再进行时效处理。
固溶处理温度通常在980℃-1050℃之间，时间在1-4小时。
该处理过程能够使合金中的固溶体中的其他元素溶解到基体中，形成均匀的固溶体。
时效处理在固溶处理后进行，温度一般为720℃-750℃，时间在8-24小时。
通过时效处理，固溶体中的硬化相形成，从而增加合金的强度和耐腐蚀性。
此外，还有一些其他的热处理工艺，如变形时效处理、热等静压缩变形处理等。
变形时效处理能够通过加工变形来实现强化合金。
热等静压缩变形处理则能够在减小合金孔隙率的同时，提高合金的密度和强度。
总之，Inconel 718热处理工艺的选择取决于所需的性能和应用场景。
对于不同的应用场景，需要结合实际情况来选择适当的热处理工艺。
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镍基高温合金的三种铸造成型方法
镍基高温合金是一类在高温下仍能保持高强度和耐腐蚀的合金，因其优异的性能而广泛应用于航空、航天、汽车、化工等领域。
铸造高温合金是一种重要的高温合金类型，其制造流程主要包括熔炼、铸造、热处理和表面处理等环节。
目前，镍基高温合金的铸造成型方法主要包括三种:
1. 真空铸造：真空铸造是一种在高温下进行铸造的方法，可以有效地减少气体干扰，提高铸件质量。
该方法适用于制造大型、高精度、复杂形状的铸件，如航空发动机叶片等。
2. 压力铸造：压力铸造是一种在高温下将熔融金属注入模具中的方法，可以通过增加压力来增加铸件的精度和强度。
该方法适用于制造大型、高精度、复杂形状的铸件，如航空发动机叶片等。
3. 熔模铸造：熔模铸造是一种将熔融金属注入模型中的方法，可以通过制作特殊的熔模来制造复杂的铸件。
该方法适用于制造大型、复杂形状的铸件，如航空发动机叶片等。
以上三种铸造成型方法各有优缺点，具体应用应根据铸件的形状、大小、精度和强度要求等因素进行选择。
真空铸造和压力铸造适用于制造大型、高精度、复杂形状的铸件，而熔模铸造适用于制造大型、复杂形状的铸件。
基于热等静压技术的航空类铸造零件研究摘要：通过分析国际上热等静压技术的在粉末冶金盘、熔模铸造与铸造叶片的固相连接应用的基础上，对国内采用热等静压技术铸造高温合金、钛合金、铝合金、球墨铸铁的生产和实验进行了详尽描述。
阐明，热等静压技术对消除铸件缺陷，细化和均匀组织，提高铸件性能方面具有普遍的效果。
关键词：热等静压铸造组织性能应用热等静压技术（Hot isostatic pressing,简称HIP）是一种集高温、高压于一体的新兴铸造工艺技术，加热温度通常为1000℃到2000℃之间，通过密闭容器中的氮气或其它高压惰性气体为传压介质，工作压力可达200MPa。
在高温、高压的共同作用下，被加工件的各向均衡受压，故加工产品的致密度高、均匀性好、性能优异。
同时该技术具有生产周期短、工序少、能耗低、材料损耗小等特点。
1 国际上热等静压技术在铸造生产中的应用热等静压技术在铸件生产上的应用已经很广泛，例如：航空发动机和船用燃气轮机中涡轮等重要的零部件、大型客机的铝、钛结构件、汽车的重要零部件和生物工程中人工关节的致密化处理等。
热等静压在铸造领域的致密化处理方面应用研究开发较早，是热等静压应用较成熟和完善的领域。
它在航空航天及其它重要的工作环境中的应用已被人们所认知，特别是以美、俄和欧洲各国等工业强国为代表，在军备竞赛中用于航空、航天领域的普遍应用，也早已引起人们的关注，同时也促进了热等静压技术的应用和完善。
目前，正在致力于发电、航海、汽车工业、生物工程等领域的应用。
1.1 热等静压技术在熔模铸造上的应用熔模铸件内部一般都存在着缩松等缺陷，使其力学性能和使用可靠性比锻件低。
为获得致密的熔模铸件，热等静压技术已被广泛用于航空发动机的涡轮叶片及其他熔模铸件上。
用热等静压技术处理熔模铸件，能减少铸件内部裂纹、缺陷和焊接后裂纹，很大程度改善了熔模铸件性能。
由于热等静压技术是利用高温和高压、靠金属蠕变和塑性变形让铸件内部疏松、热裂等缺陷愈合，而形状和尺寸变化很小，通常测不出来。
第４２卷第４期２０２３年８月沈㊀阳㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ ４２Ｎｏ ４Ａｕｇ ２０２３收稿日期:２０２２－１２－２７基金项目:国家自然科学基金项目(５１８７１２２１)作者简介:祝祥(１９９７ )ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎮ通信作者:杜晓明(１９７６ )ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士ꎬ研究方向为先进铝合金的制备与加工成型ꎮ文章编号:１００３－１２５１(２０２３)０４－００６９－０６ＤＤ４１９镍基单晶高温合金９８０ħ下低周疲劳行为研究祝㊀祥１ꎬ杜晓明１ꎬ刘纪德２(１.沈阳理工大学材料科学与工程学院ꎬ沈阳１１０１５９ꎻ２.中国科学院金属研究所ꎬ沈阳１１００１６)摘㊀要:对ＤＤ４１９镍基单晶高温合金在９８０ħ下的低周疲劳行为进行试验研究ꎬ并对疲劳数据进行分析ꎬ获得该温度下合金疲劳参数ꎮ结果表明:该合金低周疲劳变形过程中ꎬ弹性变形起主要作用ꎬ塑性变形较低ꎻ循环应力响应行为以先循环软化㊁再趋于稳定为主要方式ꎬ并且随着应力幅的增加ꎬ循环寿命不断降低ꎮ低应变幅下ꎬ合金的疲劳断裂表现为脆性断裂的特征ꎬ并呈现出明显的多源疲劳特征ꎬ微观断口形貌的主要特征是出现准解理台阶ꎬ可判断准解理断裂是主要的断裂机制ꎮ关㊀键㊀词:镍基单晶高温合金ꎻ低周疲劳ꎻ疲劳寿命ꎻ断裂机制中图分类号:ＴＵ９７３.２＋５４文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００３－１２５１.２０２３.０４.０１１ＳｔｕｄｙｏｎＬｏｗＣｙｃｌｅＦａｔｉｇｕｅＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＤＤ４１９ＮｉｃｋｅｌＢａｓｅＳｉｎｇｌｅＣｒｙｓｔａｌＳｕｐｅｒａｌｌｏｙａｔ９８０ħＺＨＵＸｉａｎｇ１ꎬＤＵＸｉａｏｍｉｎｇ１ꎬＬＩＵＪｉｄｅ２(１.ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１５９ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１００１６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｌｏｗ￣ｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＤＤ４１９Ｎｉｃｋｅｌ￣ｂａｓｅｄｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｌｏｙａｔ９８０ħｉｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｄａｔａｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｐａ￣ｒａｍｅｔｅｒｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｌａｙｓａｍａｊｏｒｒｏｌｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｌｏｗｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬｗｈｉｌｅｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗ.Ｔｈｅｃｙｃｌｉｃｓｔｒｅｓｓｒｅ￣ｓｐｏｎｓｅｂｅｈａｖｉｏｒｉｓｃｙｃｌｉｃｓｏｆｔｅｎｉｎｇｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇꎬａｎｄｔｈｅｃｙｃｌｉｃｌｉｆｅｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｔｒｅｓｓａｍｐｌｉｔｕｄｅ.Ａｔｌｏｗｓｔｒａｉｎａｍｐｌｉｔｕｄｅꎬｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｆｒａｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅａｌ￣ｌｏｙｓｈｏｗｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｒｉｔｔｌｅｆｒａｃｔｕｒｅꎬａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓｏｂｖｉｏｕｓｍｕｌｔｉ￣ｓｏｕｒｃｅｆａｔｉｇｕｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ.Ｔｈｅｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｆｒａｃｔｕｒｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｉｓｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｑｕａｓｉ￣ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｆｒａｃｔｕｒｅꎬｂｙｗｈｉｃｈｉｔｃａｎｂｅｊｕｄｇｅｄｔｈａｔｔｈｅｑｕａｓｉ￣ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｆｒａｃｔｕｒｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｎｉｃｋｅｌ￣ｂａｓｅｄｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｌｏｙꎻｌｏｗｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅꎻｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅꎻｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ㊀㊀ＤＤ４１９镍基单晶高温合金相较于其他高温合金ꎬ具有高温强度高㊁综合力学性能好㊁铸造工艺性能良好等优势ꎬ广泛应用在航空发动机的涡轮叶片中[１]ꎮ与国外的ＣＭＳＸ￣４高温合金相比ꎬＤＤ４１９合金在拉伸性能㊁蠕变性能㊁抗氧化性能㊁耐热和耐腐蚀等方面的表现基本相近[２－３]ꎬ且其含铼元素少㊁制备成本低㊁使用范围更广ꎮ疲劳是高温合金最主要的失效形式ꎬ低周疲劳损伤又是涡轮叶片材料的主要失效形式之一ꎮ为确保构件服役过程中的安全与稳定ꎬ很多学者研究了高温合金材料的疲劳性能ꎮＦａｎ等[４]研究了镍基单晶高温合金ＤＤ１０分别在温度为７６０ħ和９８０ħ下不同应变幅的低周疲劳行为ꎬ结果表明:在高应变范围内ꎬ由于塑性变形ꎬ合金在７６０ħ时更容易萌生裂纹ꎻ在低应变范围内ꎬ９８０ħ时断口会出现明显的氧化损伤ꎬ加速了裂纹萌生ꎮＣｈａｒｌｅｓ等[５]研究了ＣＭＳＸ￣４合金低周疲劳过程中位错结构的变化ꎬ得出位错形态在低应力下类似于蠕变㊁高应力下与拉伸断裂类似的结论ꎮＤＤ４１９合金常作为燃气轮机涡轮叶片材料ꎬ其工作温度通常能达到９８０ħꎮ因此ꎬ本文研究ＤＤ４１９合金在９８０ħ下的低周疲劳断裂行为ꎬ并从理论上分析应变－寿命关系㊁循环应力响应行为及疲劳裂纹的产生与扩展行为之间的关系ꎬ以期获得关于该合金低周疲劳行为较为完整的认识ꎮ１㊀试验部分１.１㊀试样的制备试验选用含Ｒｅ第二代镍基单晶高温合金ꎬ其成分含量见表１ꎮ首先ꎬ用真空感应炉(ＶＩＤＰ￣２５型ꎬ沈阳真空技术研究所有限公司)冶炼试验合金的母合金ꎬ并在真空条件下浇铸形成母合金铸锭ꎬ采用螺旋选晶法ꎬ在工业用大型双区域加热真空高梯度单晶炉(ＺＧＤ￣２型ꎬ锦州航星真空设备有限公司)中制备具有<００１>取向的单晶棒材ꎻ然后ꎬ用热电偶温度计测量箱式热电阻炉(ＣＷＦ型ꎬ德国ＣＡＲＢＯＬＩＴＥＧＥＲＯ公司)的温度ꎬ测温结果满足ʃ５ħ的误差范围内再对单晶棒材进行热处理操作ꎻ之后ꎬ进行固溶处理(温度１２８０~１３００ħꎬ时间为９ｈꎬ空冷)ꎻ最后ꎬ进行两级时效处理(温度１１１０~１１５０ħꎬ时间４ｈꎬ空冷ꎻ温度８７０ħꎬ时间１４ｈꎬ空冷)ꎮ经完全热处理之后ꎬ将单晶棒材试样加工成如图１所示的尺寸ꎮ图１㊀单晶棒材试样尺寸表１㊀ＤＤ４１９合金成分含量(质量分数)％ＣｒＣｏＷＭｏＲｅＡｌＴｉＴａＨｆＮｉ６.８０９.３０６.５０１.００３.００５.８０１.１０６.５００.０９余量１.２㊀试验方法低周疲劳试验在电液伺服疲劳试验机(１００ｋＮ￣８型ꎬＭＴＳ系统公司)上进行ꎬ试验温度为９８０ħꎬ试验数据采集(按照对数采集)与处理全部在计算机上进行ꎮ具体试验条件见表２ꎮ表２㊀高温低周疲劳试验条件试验温度/ħ试验波形应变比应变速率/ｓ－１加载频率/Ｈｚ介质控制方式９８０三角波０.０５０.００６０.１５~０.３空气恒定应变㊀㊀ＤＤ４１９合金试样在低周疲劳试验后ꎬ采用线切割切下约２~３ｍｍ的断口试样ꎬ切割时尽量避０７沈㊀阳㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀第４２卷免破坏或污染切割部位ꎮ切割结束后将断口试样置于盛有丙酮溶液的烧杯中ꎬ并用超声波仪器清洗ꎬ冲洗完毕后烘干ꎬ得到清洁干净的断口试样ꎮ随后ꎬ采用扫描电子显微镜(Ｓ￣３４００Ｎ型ꎬ日立公司)观察断口的宏观和微观形貌ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀应变－寿命行为测得ＤＤ４１９高温合金在９８０ħ下的弹性应变幅(Δεｅ/２)㊁塑性应变幅(Δεｐ/２)和总应变幅(Δεｔ/２)与疲劳寿命(２Ｎｆ)之间的关系ꎬ在双对数坐标系下绘制关系曲线ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀应变－疲劳寿命关系曲线㊀㊀塑性应变幅值和弹性应变幅值的交点称为过渡寿命ꎬ图２中两条曲线无交点ꎬ故ＤＤ４１９合金低周疲劳过程中不存在过渡寿命ꎮ由图２可见ꎬ弹性应变幅远远大于塑性应变幅ꎬ这一特点与多数高强度镍基高温合金相似ꎮ因此ꎬ在低周疲劳区间ꎬ弹性应变在变形中占主导地位ꎬ材料疲劳寿命的长短主要取决于强度ꎮ文献[６]指出ꎬ多数钴基合金由于塑性较好ꎬ在断裂过程中塑性往往起主要作用ꎮ对于恒定应变幅控制下的应变－寿命曲线ꎬ可用Ｍａｎｓｏｎ￣Ｃｏｆｆｉｎ[７]寿命模型来表达ꎬ公式为Δεｔ２＝Δεｅ２＋Δεｐ２＝σｆᶄＥ(２Ｎｆ)ｂ＋εｆᶄ(２Ｎｆ)ｃ(１)式中:σｆᶄ为疲劳强度系数ꎻｂ为疲劳强度指数ꎻεｆᶄ为疲劳延性系数ꎻｃ为疲劳延性指数ꎻＥ为弹性模量ꎮ将应变比为０.０５的ＤＤ４１９低周疲劳数据进行拟合ꎬ得到与疲劳相关的系数ꎬ代入式(１)可得Δεｔ２＝０.０５８９(２Ｎｆ)－０.６１７３＋０.０２３３(２Ｎｆ)－０.１７８４(２)根据式(２)并利用线性回归分析方法即可确定ＤＤ４１９镍基单晶高温合金在９８０ħ下的低周疲劳参数σｆᶄ㊁εｆᶄ㊁ｂ㊁ｃꎬ如表３所示ꎮ表３㊀ＤＤ４１９合金疲劳参数试验温度/ħσｆᶄ/ＭＰａεｆᶄｂｃＫᶄ/ＭＰａｎᶄＥ/ＧＰａ９８０２０４９０.０５８９－０.１７８４－０.６１７３３９０７０.２６９１８８２.２㊀循环应力－应变关系材料的循环应力－应变曲线能较好地体现低周疲劳条件下材料的实际应力和应变特征ꎮＤＤ４１９高温合金循环应力－应变关系曲线如图３所示ꎮ图３中曲线由半寿命附近的滞回曲线获得ꎬ详见文献[８]ꎬ可采用下式描述Δσ２＝Ｋᶄ(Δεｐ２)ｎᶄ(３)式中:Δσ/２为应力幅ꎻＫᶄ为循环强度系数ꎻｎᶄ为循环应变硬化指数ꎮ通过对图３中的试验数据进行非线性拟合ꎬ即可确定Ｋᶄ与ｎᶄ值(见表３)ꎮ图３㊀循环应力－应变关系曲线２.３㊀循环应力响应行为循环应力响应行为主要包括循环硬化㊁循环１７第４期㊀㊀㊀祝㊀祥等:ＤＤ４１９镍基单晶高温合金９８０ħ下低周疲劳行为研究稳定和循环软化三个阶段ꎮ在恒定应变控制的低周疲劳循环中ꎬ随着加载周次增加ꎬ应力逐渐上升是循环硬化ꎬ反之为循环软化ꎮ循环硬化和软化现象与材料的位错运动有关[９]ꎬ循环硬化可导致材料性能下降甚至失效ꎬ循环软化常伴随着循环应力水平的快速下降ꎬ通常出现在已经充满了位错缠结和阻碍的冷加工合金中ꎮ循环应力响应曲线反映了双对数坐标下应力幅与循环周次的关系ꎬＤＤ４１９高温合金在９８０ħ下循环应力响应曲线如图４所示ꎮ图４㊀ＤＤ４１９在９８０ħ下循环应力响应曲线㊀㊀从图４中可看出ꎬＤＤ４１９合金的循环应力响应行为与应变幅的大小密切相关ꎬ随着总应变幅值的不断增加ꎬ合金所受应力幅值亦逐渐增大ꎬ且疲劳寿命随循环周次减小而缩短ꎮ当应变幅为０.３％时ꎬ合金在循环过程中的应力响应行为呈现先循环软化㊁再过渡到循环稳定阶段ꎬ随后出现短暂硬化阶段ꎬ最后过渡到循环稳定阶段ꎬ直至突然断裂ꎻ当应变幅为０.４％时ꎬ合金循环应力响应行为的整体趋势与总应变幅为０.３％时相近ꎬ不同之处在于总应变幅为０.４％时ꎬ合金循环稳定阶段的疲劳周次要少ꎬ且循环软化行为更加明显ꎻ当总应变幅为０.５％时ꎬ合金首先显示出循环硬化ꎬ继而转入循环稳定过程ꎬ最后萌生出裂纹ꎬ并发生突然断裂ꎻ在总应变幅达到０.６％㊁０.７％时ꎬ由于循环周次不断上升ꎬ合金的循环应力响应行为也趋于稳定ꎬ但在疲劳过程的中期ꎬ合金的循环应力响应曲线由循环硬化过渡到循环软化ꎬ而疲劳过程后期ꎬ循环应力响应曲线又呈现了迅速下降的态势ꎬ随之在很短的疲劳周次中出现了突然断裂ꎮ２.４㊀断口形貌分析镍基高温合金疲劳断口的一个典型特征是有多个疲劳源区[１０]ꎮ图５为总应变幅分别为０.３％㊁０.５％㊁０.６％下断口的宏观形貌ꎮ图５㊀不同应变幅下疲劳断口的宏观形貌㊀㊀宏观上看ꎬ高温合金的疲劳断口形貌一般都比较粗糙ꎬ断口颜色呈青蓝色ꎮ疲劳裂纹主要萌生于试样边缘及附近ꎬ且有多个疲劳源ꎮ从图５中可见ꎬ随着总应变幅的增加ꎬ断口边缘及表面出现的疲劳裂纹也逐渐变多ꎬ导致疲劳断裂拓展速率加快ꎬ疲劳寿命降低ꎮ另外ꎬ疲劳断口区域主要由疲劳源㊁疲劳扩展区和瞬断区三部分组成[１１－１２]ꎬ图中Ａ㊁Ｂ㊁Ｃ分别代表疲劳源区㊁疲劳扩展区和瞬断区ꎬ三个区域具有明显的特征ꎮ随着总应变幅的增大ꎬ断口中三个部分的面积也发生２７沈㊀阳㊀理㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀第４２卷了变化ꎬ其中瞬断区面积变化最大ꎬ在整个断口区域所占比重越来越大ꎻ随着低周疲劳测试过程中总应变幅的增加ꎬ合金在低周疲劳过程中承受的外加载荷逐渐增大ꎬ从而导致ＤＤ４１９合金低周疲劳断口中瞬断区的面积逐渐增大ꎮ图６为不同应变幅下疲劳断口的微观形貌ꎮ对于同一合金ꎬ在低周疲劳试验过程中ꎬ随着应变幅值的增大ꎬ疲劳源区域的光滑度降低ꎬ平坦的小平面也减少ꎬ使得疲劳源区域表面逐渐变得粗糙ꎻ这是由于伴随应变幅值的增加ꎬ微观中滑移带或位错结构与合金中的强化粒子γᶄ相的交互作用加剧ꎬ导致强化粒子γᶄ相失去其有序结构ꎬ降图６㊀不同应变幅下疲劳断口的微观形貌低了γᶄ相对合金基体γ相的强化作用ꎬ从而导致合金的抗疲劳变形能力下降ꎬ合金的循环疲劳周次逐渐减少[１３]ꎮ因此ꎬ疲劳过程中疲劳源区的断面所经受的持续摩擦和挤压的次数也在减少ꎬ表面的光滑程度也逐渐降低ꎮ在低应变幅下ꎬ疲劳扩展区断口处存在明显的裂纹ꎬ并沿晶面拓展ꎬ如图６(ａ)所示ꎻ断口表面存在许多短小的裂纹ꎬ局部区域存在撕裂棱和准解理台阶的特征ꎬ扩展区还出现不明显的疲劳辉纹ꎬ可能是氧化腐蚀较严重导致ꎬ如图６(ｂ)所示ꎻ部分区域还存在很多深浅不一的韧窝和孔洞ꎬ如图６(ｃ)所示ꎮ瞬断区断口处有明显的金属滑移痕迹ꎬ并出现了准解理台阶ꎬ因此可判断合金的断裂机制为准解理断裂ꎮ文献[１４－１５]指出ꎬ随温度的上升ꎬ更容易发生位错的交滑移和攀移ꎬ在不动位错累积到一定水平时ꎬ就会出现准解理断裂ꎮ３㊀结论本文研究了ＤＤ４１９镍基单晶高温合金在９８０ħ下的低周疲劳行为ꎬ得到如下结论ꎮ１)根据Ｍａｎｓｏｎ￣Ｃｏｆｆｉｎ寿命模型ꎬＤＤ４１９疲劳断裂过程中弹性变形起主要作用ꎮ２)９８０ħ下ꎬ由于位错的往复运动和交互作用ꎬＤＤ４１９镍基单晶高温合金的循环应力响应行为在０.３％㊁０.４％应变幅下表现为先循环软化ꎬ后由循环硬化过渡到循环稳定阶段ꎬ最后突然断裂ꎻ在０.５％应变幅下首先出现循环硬化ꎬ继而转入到循环稳定阶段ꎬ最后断裂ꎻ０.６％㊁０.７％应变幅下表现为先稳定阶段ꎬ后循环硬化又过渡到循环软化ꎬ最后逐渐稳定ꎬ直至突然断裂ꎮ３)ＤＤ４１９镍基单晶高温合金在９８０ħ低周疲劳断裂特征表现为明显的多裂纹源性ꎬ随着应变幅的降低ꎬ裂纹数目也逐渐减少ꎬ疲劳寿命随之增加ꎮ在０.３％㊁０.５％㊁０.６％应变幅下ꎬ裂纹萌生于试样表面位置ꎬ出现准解理台阶ꎬ因此判断合金的断裂机制为准解理断裂ꎮ参考文献:[１]史振学ꎬ胡颖涛ꎬ刘世忠.不同温度下镍基单晶高温合金的低周疲劳性能[Ｊ].机械工程材料ꎬ２０２１ꎬ４５３７第４期㊀㊀㊀祝㊀祥等:ＤＤ４１９镍基单晶高温合金９８０ħ下低周疲劳行为研究(３):１６－２０ꎬ２８.[２]赵运兴ꎬ员莹莹ꎬ马德新ꎬ等.高温合金ＣＭＳＸ￣４和ＤＤ４１９单晶铸件中共晶含量的试验研究[Ｊ].航空制造技术ꎬ２０２２ꎬ６５(１７):７４－８０.[３]李寒松ꎬ孙士江ꎬ刁爱民ꎬ等.热等静压对ＤＤ４１９单晶高温合金组织与持久性能的影响[Ｊ].铸造ꎬ２０２１ꎬ７０(５):５５４－５５９.[４]ＦＡＮＺＤꎬＷＡＮＧＤꎬＬＯＵＬＨ.Ｃｏｒｐｏｒａｔｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒａｉｎｒａｎｇｅｏｎｔｈｅｌｏｗｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｌｉｆｅｏｆａｓｉｎｇｌｅ￣ｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｌｏｙＤＤ１０[Ｊ].ＡｃｔａＭｅｔ￣ａｌｌｕｒｇｉｃａＳｉｎｉｃａ(ＥｎｇｌｉｓｈＬｅｔｔｅｒｓ)ꎬ２０１５ꎬ２８(２):１５２－１５８.[５]ＣＨＡＲＬＥＳＣＭꎬＤＲＥＷＧＡꎬＢＡＧＮＡＬＬＳꎬｅｔａｌ.Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｄｕｒｉｎｇｆａｔｉｇｕｅｏｆｔｈｅｎｉｃｋｅｌ￣ｂａｓｅｄｓｕｐｅｒａｌｌｏｙＣＭＳＸ￣４[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅＦｏｒｕｍꎬ２００７ꎬ６２:５４６－５４９.[６]储昭贶ꎬ于金江ꎬ孙晓峰ꎬ等.ＤＺ９５１合金的持久性能与断裂行为[Ｊ].稀有金属材料与工程ꎬ２００９ꎬ３８(５):８３４－８３７.[７]张罡ꎬ龙占云ꎬ赵凯ꎬ等.ＷＦＧ３６Ｚ钢焊接接头低周疲劳性能与寿命的试验研究[Ｊ].沈阳工业学院学报ꎬ１９９４(２):７－１２.[８]刘雪莹ꎬ陈立佳ꎬ周舸ꎬ等.应变波形对Ｉｎｃｏｎｅｌ６２５合金低周疲劳性能的影响[Ｊ].稀有金属材料与工程ꎬ２０２１ꎬ５０(４):１２６３－１２６９.[９]水丽.应变幅对一种新型镍基单晶高温合金高温低周疲劳性能的影响[Ｊ].机械工程材料ꎬ２０２２ꎬ４６(６):３１－３５ꎬ４３.[１０]刘柳.一种镍基单晶高温合金低周疲劳行为的研究[Ｄ].沈阳:东北大学ꎬ２０１６.[１１]ＳＨＵＩＬꎬＬＩＵＰ.Ｌｏｗ￣ｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆａｎｉｃｋｅｌｂａｓｅｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｌｏｙａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ[Ｊ].ＲａｒｅＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１５ꎬ４４(２):２８８－２９２.[１２]闫鹏ꎬ冯寅楠ꎬ乔双ꎬ等.镍基变形高温合金低周疲劳研究进展[Ｊ].稀有金属ꎬ２０２１ꎬ４５(６):７４０－７４８. 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Inconel625镍基高温合金是一种重要的高温材料，其热处理工艺对其性能有重要影响。
在热处理过程中，需要控制加热温度、保温时间和冷却速度，以获得最佳的组织和性能。
其中，快速冷却有助于减少晶界氧化和晶界偏析，从而提高材料的强度和热稳定性；而缓慢冷却则有利于避免晶粒长大和产生应力集中，从而改善材料的蠕变性能和疲劳性能。
此外，在热处理过程中还需要注意防止氧化、脱碳和过热等问题，以保证材料的质量和性能。
总之，Inconel625镍基高温合金的热处理工艺需要根据具体情况进行科学、合理的设计和控制，以确保其在高温下具有良好的性能和稳定性。
镍基合金热处理工艺引言：镍基合金是一类重要的高性能合金材料，广泛应用于航空航天、石油化工、核工业等领域。
而热处理是镍基合金制造过程中不可或缺的一环，可以通过改变材料的组织结构和性能来满足不同的工程要求。
本文将对镍基合金的热处理工艺进行探讨，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供一定的参考。
一、热处理的意义和目的热处理是通过加热和冷却的过程来改变材料的组织结构和性能的一种方法。
对于镍基合金而言，热处理可以提高其力学性能、耐腐蚀性能、抗疲劳性能等。
具体而言，热处理可以使镍基合金中的析出相均匀分布，提高材料的强度和硬度；还可以消除材料中的缺陷和残余应力，提高材料的韧性和延展性；此外，热处理还可以改变镍基合金的晶粒尺寸和晶界结构，进一步提高材料的性能。
二、常见的热处理工艺1. 固溶处理：固溶处理是镍基合金热处理中最常见的一种方法。
该工艺主要通过加热材料至固溶温度，使固溶元素均匀分布在基体中，并形成固溶溶体。
固溶处理的温度和时间是影响合金组织和性能的关键因素。
适当的固溶温度和时间可以使合金中的固溶元素充分溶解，形成均匀的固溶溶体，提高材料的强度和硬度。
2. 淬火处理：淬火是将固溶处理后的镍基合金迅速冷却至室温的过程。
淬火可以使固溶元素快速固定在基体中，形成定向分布的析出相。
这些析出相可以增加材料的强度和硬度，提高材料的抗疲劳性能。
然而，淬火过程中可能产生残余应力和变形，因此需要进行适当的回火处理来消除这些问题。
3. 回火处理：回火是将淬火处理后的镍基合金加热至较低的温度，然后在一定时间内保持该温度，最后冷却至室温的过程。
回火能够消除淬火过程中产生的残余应力和变形，提高材料的韧性和延展性。
此外，回火还可以调整材料的硬度和强度，使其达到最佳的组织和性能。
三、热处理的工艺控制热处理的工艺控制主要包括加热温度、保温时间、冷却速率等因素。
合理地控制这些因素，可以使镍基合金获得良好的组织和性能。
具体而言，加热温度应根据合金的相图和热处理要求选择；保温时间应足够长，以保证固溶元素充分溶解；冷却速率应适中，以避免过快或过慢的冷却引起的问题。
