組織
鎳基合金的顯微組織特點及其發展情況見圖3,合金中除奧氏體基體外,還有在基體中弭散分布的g'相,在晶界上的二次碳化物和在凝固時析出的一次碳化物和硼化物等。隨著合金化程度的提高,其顯微組織的變化有如下趨勢:g'相數量逐漸增多,尺寸逐漸增大,并由球狀變成立方體,同一合金中出現尺寸和形態不相同的g'相。在鑄造合金中還出現在凝固過程中形成的g+g'共晶,晶界析出不連續的顆粒狀碳化物并被g'相薄膜所包圍,組織的這些變化了合金的性能。
現代鎳基合金的化學成分十分復雜,合金的飽和度很高,因此要求對每個合金元素(尤其是主要強化元素)的含量嚴加控制,否則會在使用過程中容易析出有害相,如s、μ相(圖4),損害合金的強度和韌性。
在鎳基鑄造高溫合金中發展出了定向結晶渦輪葉片和單晶渦輪葉片(圖5)。定向結晶葉片消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界,使全部晶界平行于應力軸方向,從而了合金的使用性能。單晶葉片消除了全部晶界,不必加入晶界強化元素,使合金的初熔溫度相對升高,從而提高了合金的高溫強度,并進一步了合金的綜合性能。
生產工藝
鎳基合金,特別是沉淀強化型合金含有較高的鋁、鈦等合金元素。通常采用真空感應爐熔煉,并經真空自耗爐或電渣爐重熔。熱加工采用鍛造、軋制工藝,對于高合金化合金,由于熱塑性差,則采用擠壓開坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝。鑄造合金通常用真空感應爐熔煉母合金,并用真空重熔-精密鑄造法制成零件。
變形合金和部分鑄造合金需進行熱處理,包括固溶處理、中間處理和時效處理,以Udmet 500合金為例,它的熱處理制度分為四段:固溶處理,1175℃,2小時,空冷;中間處理,1080℃,4小時,空冷;一次時效處理,843℃,24小時,空冷;二次時效處理,760℃,16小時,空冷。以獲得所要求的組織狀態和良好的綜合性能。