固溶熱處理對GH3535合金組織和性能的影響

熔鹽堆（moltensaltreactor，MSR）因其固有的本征安全性和高的熱效率等優(yōu)點受到越來越多研究者的關(guān)注。在熔鹽堆中，包括壓力容器、熱交換管等在內(nèi)的結(jié)構(gòu)材料處于熔鹽腐蝕、高溫和輻照交互作用的苛刻環(huán)境之下，因此結(jié)構(gòu)材料是熔鹽堆研發(fā)過程中的一個非常突出的技術(shù)難題。20世紀(jì)60年代橡樹嶺國家實驗室專門為熔鹽堆研發(fā)過一種固溶強化的Ni-17Mo-7Cr基高溫合金（HastelloyN/GH3535），該合金能夠基本滿足熔鹽堆結(jié)構(gòu)材料在抗熔鹽腐蝕和強度方面的要求。

眾多研究發(fā)現(xiàn)該系列合金的性能與合金中的晶粒尺寸和碳化物數(shù)量密切相關(guān)，控制合金的晶粒尺寸和M6C碳化物的數(shù)量對合金性能至關(guān)重要。改變合金中Si、C等元素可以調(diào)整合金的晶粒尺寸和M6C碳化物的數(shù)量。然而固溶熱處理可以在不改變合金成分的前提下實現(xiàn)上述目標(biāo)，以達(dá)到合金性能的優(yōu)化。因此，科研人員以熱軋態(tài)GH3535合金作為合金對象，系統(tǒng)地研究不同的固溶熱處理溫度和時間對GH3535合金組織和性能的影響。

研究中用GH3535合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：Ni70.56，Mo17.34，Cr7.01，F(xiàn)e3.92，Mn0.6，Si0.45，Al0.021，Ti0.002，Co0.004，C0.055。該合金采用真空感應(yīng)熔煉成20kg的鑄錠。將鑄錠鍛造成30mm×30mm矩形截面的棒材，然后再軋成直徑16mm的圓棒材。對熱軋態(tài)合金進行固溶熱處理，條件分別為1177℃，20min；1177℃，40min；1177℃，60min；1220℃，40min和1260℃，40min。固溶處理過程是先將爐溫升至目標(biāo)溫度，隨后放入試樣，保溫預(yù)定時間后，取出樣品進行水淬。對固溶熱處理后的樣品進行金相制樣，利用AZtec分析軟件對EBSD數(shù)據(jù)進行分析，以獲得合金組織中的M6C碳化物的面積分?jǐn)?shù)和晶粒尺寸，并進行性能測試。試驗結(jié)果如下：

（1）熱軋態(tài)GH3535合金經(jīng)過固溶熱處理后碳化物數(shù)量與晶粒尺寸同時發(fā)生變化，碳化物抑制晶粒長大。隨著固溶溫度從1177℃增加到1260℃，晶粒尺寸顯著增加，碳化物數(shù)量顯著減少并由鏈狀分布轉(zhuǎn)為彌散分布；在固溶溫度1177℃隨著保溫時間20min增加到60min，在20min前合金發(fā)生完全再結(jié)晶，碳化物數(shù)量沒有明顯變化，超過40min后晶粒尺寸沒有顯著改變，但碳化物數(shù)量開始減少。

（2）合金的硬度和拉伸強度在1177℃隨著保溫時間增加而降低，保溫20min后其隨保溫時間變化趨于平緩；隨著固溶處理溫度從1177℃增加到1260℃，合金的硬度和抗拉強度逐漸降低。

（3）晶粒尺寸和碳化物數(shù)量協(xié)同影響合金斷裂延伸率。合金延伸率在1177℃隨著保溫時間增加而增加，保溫40min后其隨保溫時間變化趨于平緩；隨著固溶處理溫度從1177℃增加到1260℃，合金的延伸率逐漸增加。