摘要：研究了铌含量对直接时效态（ＤＡ）和标准热处理态（ＳＴＤ）ＧＨ４１６９合金室温拉伸性能、６５０℃拉伸性能以及６５０℃、６９０ＭＰａ持久性能的影响规律，并进行了显微组织观察和热力学计算分析。结果表明，随着铌的含量从５．２％（质量分数，下同）提高到５．４％，ＤＡ态合金强化相的质量分数提高，室温和６５０℃下强度明显提高，但铌含量达到５．６％后强度有所下降；ＳＴＤ态合金在同一固溶温度下，铌含量的提高会增加δ相的质量分数，但对强化相质量分数的影响不及ＤＡ态明显，强度随铌含量提高而增高的幅度不大。ＤＡ态合金的持久寿命随铌含量的增加而增长，超过５．６％后基本保持不变；ＳＴＤ态合金持久寿命在铌含量升高到５．６％后明显下降，这可能是由δ相数量及形貌的改变引起的。
关键词：ＧＨ４１６９合金；铌含量；力学性能
ＧＨ４１６９合金是一种以面心立方奥氏体γ为基，以γ″［Ｎｉ３（Ｎｂ，Ａｌ，Ｔｉ）］为主要强化相并辅以γ′［Ｎｉ３（Ａｌ，Ｔｉ）］强化的镍基高温合金，在６５０℃以下具有较高的强度和塑性，良好的持久性能和耐腐蚀性能，是目前高温合金领域发展最成功、用途最广的合金之一，被广泛应用于航空航天、发电以及石油化工等关键领域。特别是在先进航空发动机中，是最主要的涡轮盘和压气机盘材料之一［１－２］。
近年来，美国为提高航空发动机的可靠性，延长其使用寿命，将其中Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８（即ＧＨ４１６９）合金涡轮盘及压气机盘件的Ｐ、Ｎｂ实际控制含量上提。鉴于美国Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８合金成分控制的调整，国内也陆续开展了许多类似的研究工作，
但主要集中在磷上，对铌的影响规律及机制则研究相对较少［３－５］。在ＧＨ４１６９合金中，铌是形成强化相γ″的主要合金元素，同时也是形成δ相的主要合金元素［６］，而δ相的形貌、分布特征也与合金持久、断裂韧度等性能直接相关。所以，铌含量的变化势必对合金组织性能产生影响。笔者研究了铌含量对标准热处理态（ＳＴＤ）和直接时效态（ＤＡ）合金拉伸及持久性能的影响规律，并结合微观组织分析和热力学计算结果，讨论了铌含量变化对合金力学性能的影响机制，为优化合金成分，改善合金力学性能提供试验基础。
试验材料及试验方法
试验合金采用５０ｋｇ真空感应炉冶炼，主要化学成分如表１（质量分数）所示。３炉试验合金中除铌元素以外，其他合金元素基本相同，１～３号合金铌含量分别为５．２％，５．４％，５．６％。试验合金铸锭经均匀化（１１６０℃×２４ｈ＋１１９０℃×７２ｈ）后，轧制成１８ｍｍ的棒材，随后进行取样和热处理。标准热处理制度处理：９６０℃×１ｈ，ＡＣ＋７２０℃×８ｈ，以５０℃／ｈ炉冷至６２０℃×８ｈ，空冷；直接时效热处理制度处理：７２０℃×８ｈ，以５０℃／ｈ炉冷至６２０℃×８ｈ，空冷
对各试验合金不同热处理状态的块状样品进行电解腐蚀，腐蚀剂为８０ｍＬＨＣｌ＋１３ｍＬＨＦ＋７ｍＬＨＮＯ３，电压为１．６Ｖ，时间为４～６ｓ。利用光学显微镜（ＯＭ）和扫描电镜（ＳＥＭ）观察样品的显微组织，并分别进行室温拉伸、６５０℃高温拉伸和６５０℃×６９０ＭＰａ持久性能测试，每组试验使用两根试样，对试验结果取平均值。采用Ｔｈｅｒｍｏ－Ｃａｌｃ热力学软件和对应的镍基高温合金数据库进行热力学计算，分析成分变化对平衡态析出相的影响规律。
结果
未经热处理的轧棒光学金相显微组织如图１所示，可见经大变形轧制后，试验合金的原始组织基本一致，为均匀的ＡＳＴＭ１０级的等轴晶粒，这就排除了原始晶粒组织不同对性能可能造成的干扰。轧制过程中由于冷速较快，晶粒没有长大，且基本无δ相析出。
显微组织
试验合金经不同热处理后的ＳＥＭ金相组织如图２、图３所示。图２显示的是１～３号样的ＤＡ态合金的显微组织，由于仅为６２０～７２０℃的时效处理，晶界与晶内基本无δ相。除了纳米级的γ′和γ″强化相析出外（图中倍数不可见），组织与轧态相比基本无变化。图３显示的是１～３号ＳＴＤ态合金的显微组织，在９６０℃固溶时，晶界上大量δ相呈短棒状或针状析出，且随着铌含量增大，δ相数量有所增多，呈针状析出趋势增强。