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碳对镍基高温合金锻件高温性能的影响

背景

高温合金GH3230， 美标牌号为UNS N06230（HAYNES 230）、W.Nr.2.4733 是美国哈氏公司研发的镍基高温合金。该牌号为Ni-Cr-W-Mo 固溶强化型变形高温合金。因含有大量W 和少量铝和钛元素，故该合金具有优异的塑性和中等的热强性，且兼顾镍基高温合金所特有的优良抗氧化性能和良好的冲压、焊接工艺性能等。因此，其在航空航天、能源发电、化工行业等领域具有广泛的应用前景，特别是适用于900℃以下的承受高温、高压以及恶劣腐蚀环境的场合。根据下游市场反馈，我国自主生产的GH3230 锻件，高温（850℃）性能不稳定，严重影响着能源、核反应堆项目的进展，所需材料基本依赖进口。

本文采用两步法熔炼，制备出不同碳含量的合金铸锭，然后通过锻造、固溶处理、检测、分析等工艺路线，制备出目标合金锻件。结果显示合金中的碳元素含量达到特定范围时，可使得合金在具备良好腐蚀性能的同时，具备优良的高温性能，产品综合性能满足我国航空航天、能源、核反应堆等领域的使用要求。

试验方法

结合该材料的多元化特性，本文采用经典两步法熔炼（VIM+ESR）制备合金坯料，以确保获得高纯度的冶金组织。进而经过两镦两拔及多火次的锻造技术，使得合金铸态组织得到充分的破碎从而形成均匀的形变组织，制备出目标要求的合金锻棒。然后将不同批次，即不同C 含量的棒材进行高温固溶处理，最终分析不同批次锻棒的高温力学性能及腐蚀性能，从而得出本文的结论。

结论

通过不同碳含量GH3230 的高温（850℃）力学性能检测、金相组织分析、断口电镜扫描形态的综合分析，在标准要求范围内的碳含量，随着含量增加，合金的高温强度逐步提高。

（1）GH3230 合金碳含量达到0.081%~0.138% 时，经1230 ℃ 固溶处理的棒材高温（850℃）性能能够达到Rm ≧ 300MPa、Rp0.2 ≧ 150MPa 的需求。

（2）碳化物析出相以富含钨和钼的M6C、富含铬的M23C6沿合金晶界弥散分布，使合金位错滑移受阻，起到“钉扎”作用，有效提高了合金的高温强度。

（3）合金碳含量超出0.15% 后，随着含量的增加，富集于晶界的形貌粗大且不规则的碳化物，与机体形成形变应力，导致显微孔隙，降低了合金的高温强度。

（4）过多的碳化物富集晶界，在腐蚀环境中易造成合金“点腐蚀”缺陷，降低使用寿命。

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