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碳對鎳基高溫合金鍛件高溫性能的影響

背景

高溫合金GH3230， 美標牌號為UNS N06230（HAYNES 230）、W.Nr.2.4733 是美國哈氏公司研發的鎳基高溫合金。該牌號為Ni-Cr-W-Mo 固溶強化型變形高溫合金。因含有大量W 和少量鋁和鈦元素，故該合金具有優異的塑性和中等的熱強性，且兼顧鎳基高溫合金所特有的優良抗氧化性能和良好的沖壓、焊接工藝性能等。因此，其在航空航天、能源發電、化工行業等領域具有廣泛的應用前景，特別是適用于900℃以下的承受高溫、高壓以及惡劣腐蝕環境的場合。根據下游市場反饋，我國自主生產的GH3230 鍛件，高溫（850℃）性能不穩定，嚴重影響著能源、核反應堆項目的進展，所需材料基本依賴進口。

本文采用兩步法熔煉，制備出不同碳含量的合金鑄錠，然后通過鍛造、固溶處理、檢測、分析等工藝路線，制備出目標合金鍛件。結果顯示合金中的碳元素含量達到特定范圍時，可使得合金在具備良好腐蝕性能的同時，具備優良的高溫性能，產品綜合性能滿足我國航空航天、能源、核反應堆等領域的使用要求。

試驗方法

結合該材料的多元化特性，本文采用經典兩步法熔煉（VIM+ESR）制備合金坯料，以確保獲得高純度的冶金組織。進而經過兩鐓兩拔及多火次的鍛造技術，使得合金鑄態組織得到充分的破碎從而形成均勻的形變組織，制備出目標要求的合金鍛棒。然后將不同批次，即不同C 含量的棒材進行高溫固溶處理，最終分析不同批次鍛棒的高溫力學性能及腐蝕性能，從而得出本文的結論。

結論

通過不同碳含量GH3230 的高溫（850℃）力學性能檢測、金相組織分析、斷口電鏡掃描形態的綜合分析，在標準要求范圍內的碳含量，隨著含量增加，合金的高溫強度逐步提高。

（1）GH3230 合金碳含量達到0.081%~0.138% 時，經1230 ℃ 固溶處理的棒材高溫（850℃）性能能夠達到Rm ≧ 300MPa、Rp0.2 ≧ 150MPa 的需求。

（2）碳化物析出相以富含鎢和鉬的M6C、富含鉻的M23C6沿合金晶界彌散分布，使合金位錯滑移受阻，起到“釘扎”作用，有效提高了合金的高溫強度。

（3）合金碳含量超出0.15% 后，隨著含量的增加，富集于晶界的形貌粗大且不規則的碳化物，與機體形成形變應力，導致顯微孔隙，降低了合金的高溫強度。

（4）過多的碳化物富集晶界，在腐蝕環境中易造成合金“點腐蝕”缺陷，降低使用壽命。

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