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背景简介

718合金是一种沉淀强化的镍基高温合金，由于其优异的机械性能，在航空发动机和涡轮盘等部件上得到广泛运用。其主要的强化相是γ"相(Ni₃Nb，D0₂₂)和γ'相(Ni₃(Al, Ti)，L1₂)。γ"相通过与基体相干从而达到提高机械强度和硬度的效果。然而，该析出相在700 ℃以上的温度下容易粗化，转变为δ相(Ni₃Nb, D0_a)，最终导致材料的力学性能退化。同时，在不同的制造情况下，部件的锻造过程也使用了不同的参数，最终导致材料的性能也发生了一定的改变。详细的锻造参数在确定后续时效过程中的纳米级微观组织演变以及机械性能方面起着关键作用，因此，有必要去深入了解热变形参数对强化相析出的影响。

成果介绍

（1）变形温度对γ"相体积分数的影响与直接时效后的硬度增加密切相关。无论应变率如何，锻造温度的升高都会导致GND密度降低（如图1所示）以及γ"相比例增加（如图3所示）。γ"相在不同应变率下的平均占比从950 ℃下的9.2%增加到1050 ℃下的12.4%。在应变率为0.1 s^-1条件下，对1050 ℃下的热变形试样进行直接时效处理后，材料的硬度增加了108%，高于950 ℃下对应的52%（如图2所示）。

图1 直接时效后样品的 EBSD-GND密度图：(a) 950C_01sr， (b) 950C_1sr, (c) 950C_10sr， (d) 1000C_01sr，(e) 1000C_1sr， (f) 1000C_10sr，(g) 1050C_01sr，(h) 1050C_1sr，(i) 1050C_10sr，(j) 在95%置信区间内的GND密度(解释说明： 950C_01sr的意思是锻造温度为950 ℃以及应变率为0.1 s^-1)

图2 不同条件下的硬度变化以及增长率

（2）在温度为950 ℃、1000 ℃和1050 ℃，应变率为1 s^-1的条件下，样品中的动态再结晶降低，GND密度增加，与应变率为0.1 s^-1和10 s^-1相比，双链共沉淀结构的占比平均减少8%（如图3和4所示）。对图2进行分析还可以得到，当应变速率为1 s^-1时，直接时效处理后硬度平均增加64%，低于变形速率为0.1 s^-1对应的79%和变形速率为10 s^-1对应的87%。

图3 与变形温度和应变率相关的直接时效处理样品的原子探针断层扫描重建图：(a) 950 ℃、(b) 1000 ℃和(c) 1050 ℃。应变率显示在每个重建图的上面(图中蓝绿色的为γ'相，棕色的为γ"相)

（3）对图4进行分析可以发现，对于每个温度下，γ"相主轴的长度(用来代表其大小)与GND密度呈相似的变化趋势。同时还可以得到，除了在1000 ℃应变率为0.1 s^-1和10 s^-1条件下，所有锻件的γ'-γ"-γ'三联体结构均多于γ"-γ'-γ"。直接时效处理材料中γ'-γ"-γ'三联体，其在更高温度下具有更好的应用优势，因为γ"粗化可能会延迟。

图4 (a) γ'和γ"相主轴长度和体积分数，(b) 不同结构下共沉淀物的体积分数

致谢

该研究由澳大利亚研究委员会项目LP180100144和LP190101169以及新南威尔士大学科学奖学金计划支持。本文通讯作者：Rielli V V（School of Materials Science & Engineering, UNSW Sydney, NSW 2052, Australia）。

本期小编：郑聪祥（整理）

闵　琳（校对）

舒　阳（审核）

闵　琳（发布）