劉衛(wèi)，郝恒恒，許安寧

中航試金石檢測科技（西安）有限公司 陜西西安 710089

1 序言

GH4169（美國牌號Inconel 718）是沉淀強化的鎳基高溫合金。GH4169合金具有良好的熱加工性能，在高溫下具有高的強度、塑韌性、疲勞及蠕變等優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天、核能、動力及石油等領(lǐng)域，例如，航空發(fā)動機的渦輪盤、壓氣機盤等[1-3]。GH4169合金原材料棒材在投入生產(chǎn)前需進行理化檢測。某批原材料金相檢測時，發(fā)現(xiàn)低倍局部邊緣發(fā)暗。為了保證檢測結(jié)果正確，進行了以下分析和研究。

2 理化試驗結(jié)果及分析

2.1 低倍檢測

客戶在GH4169合金原材料復(fù)驗時，低倍試樣經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)腐蝕劑（配比為500mLHCl、35mLH2SO4、150gCuSO4·5H2O，腐蝕時間16min）浸泡腐蝕后，檢查發(fā)現(xiàn)低倍局部邊緣出現(xiàn)暗色區(qū)域，沿低倍外圓分布，測量最深處達到2cm，低倍照片如圖1所示。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)分析，初步判別為暗腐蝕區(qū)，需進一步進行高倍組織確認。

圖1 GH4169合金低倍照片

2.2 試驗分析

（1）顯微組織分析 從GH4169合金正常區(qū)域和暗色區(qū)域分別取顯微組織試樣，如圖2所示。經(jīng)磨制、腐蝕后，在OLYMPUS GX53金相顯微鏡上觀察，GH4169合金顯微組織如圖3所示。從圖3可看出，GH4169合金顯微組織由奧氏體基體、Ni3Nb相和少量的碳化物組成。正常區(qū)域Ni3Nb相符合GE標(biāo)準(zhǔn)1級，Ni3Nb相形態(tài)為顆粒狀分布于晶內(nèi)和晶界上；暗色區(qū)域Ni3Nb相大量聚集超過GE標(biāo)準(zhǔn)6級，因此確認低倍局部出現(xiàn)暗腐蝕區(qū)。

圖2 GH4169合金高倍試樣取樣位置

圖3 GH4169合金顯微組織

（2）晶粒分析 對兩個區(qū)域晶粒度，利用OLYMPUS GX53金相顯微鏡金相軟件（OLYMPUS m3-2020），根據(jù)GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》采用截點法測量，正常區(qū)域晶粒度為7.5級，暗腐蝕區(qū)域晶粒度為7.1級。從晶粒大小來說，兩個區(qū)域基本一致，但正常區(qū)域為等軸晶粒，晶粒大小均勻，暗腐蝕區(qū)為孿晶晶粒，晶粒大小不均勻。兩種晶粒形態(tài)的形成主要與澆鑄、鍛造過程中變形程度有關(guān)，正常區(qū)域變形量大，變形均勻，而暗腐蝕區(qū)處于棒材邊緣，變形量小、不充分，形成孿晶晶粒。

（3）力學(xué)性能分析 GH4169合金正常區(qū)域和暗腐蝕區(qū)力學(xué)性能檢測結(jié)果見表1。拉伸試樣經(jīng)線切割設(shè)備取自GH4169合金原始低倍，拉伸試驗在英斯特朗電子萬能試驗機上進行。通過表1試驗結(jié)果對比分析可知，兩個區(qū)域拉伸數(shù)據(jù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，兩個區(qū)域拉伸試驗結(jié)果差異不大，但正常區(qū)域強度和塑韌性均好于暗腐蝕區(qū)域。

表1 GH4169合金力學(xué)性能檢測結(jié)果

（4）能譜分析 對GH4169合金正常區(qū)域和暗腐蝕區(qū)顯微組織試樣進行能譜分析，結(jié)果見表2。從表2可看出，兩個區(qū)域主要合金元素指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，差異體現(xiàn)在Nb元素上，暗腐蝕區(qū)域Nb含量超過標(biāo)準(zhǔn)要求，這是暗腐蝕區(qū)形成的主要原因，與顯微組織觀察結(jié)果一致。

表2 GH4169合金能譜分析結(jié)果

3 討論

GH4169合金Ni3Nb相的形態(tài)、數(shù)量、尺寸決定于合金的化學(xué)成分及熱加工工藝，最終決定了GH4169合金的綜合性能。

GH4169合金低倍試樣暗色區(qū)域，經(jīng)過顯微組織分析可確定為暗腐蝕區(qū)；通過能譜分析可確定為Nb元素聚集導(dǎo)致的暗腐蝕區(qū)的形成。Nb元素在GH4169合金中主要以Ni3Nb相的形式存在，而GH4169合金中Ni3Nb相主要有顆粒狀、針狀、短棒三種形態(tài)。當(dāng)GH4169合金中Nb元素過多和聚集時，Ni3Nb相聚集在一起呈片狀分布，低倍組織上呈暗色表現(xiàn)（見圖3c、圖3d），GH4169合金正常區(qū)域Ni3Nb相呈顆粒狀分布（見圖3a、圖3b）。

GH4169合金正常區(qū)域和暗腐蝕區(qū)晶粒大小基本一致，而顆粒狀Ni3Nb相在晶界上起到釘扎作用，強化晶界，使得GH4169合金正常區(qū)域抗拉性能優(yōu)于暗腐蝕區(qū)域。在生產(chǎn)過程中，正常區(qū)域變形較大，晶粒為等軸晶粒，而暗色區(qū)域靠近合金邊緣，變形小，形成孿晶晶粒。等軸晶粒比孿晶晶粒大小均勻，并具有更好的晶粒結(jié)合性，因此GH4169合金正常區(qū)域的拉伸性能優(yōu)于暗腐蝕區(qū)域。

此批GH4169合金原材料主要用于鍛造渦輪盤，而Ni3Nb相與鍛件終鍛溫度有關(guān)，合理的鍛造工藝有利于暗腐蝕區(qū)域的消失，保證鍛件的金相組織和力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)束語

1）GH4169合金低倍暗色缺陷為Nb元素聚集導(dǎo)致的暗腐蝕區(qū)。

2）晶粒形狀和Ni3Nb相分布導(dǎo)致暗腐蝕區(qū)拉伸性能較正常區(qū)域有所下降。