趙 振, 張十慶*, 李 方, 王 宏, 何欽生,鄒興政, 王兆英, 白雨松

（1.重慶材料研究院有限公司，重慶 400700；2.國家儀表功能材料工程技術(shù)研究中心，重慶 400700；3.高性能耐腐蝕合金重慶市重點實驗室，重慶 400700）

高溫合金是指以Fe、Ni、Co為基，能在600 ℃以上高溫及一定的應(yīng)力作用下長期工作的金屬材料，該合金在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性，加之合金化程度很高，故在英美又稱之為超合金（Superalloy）[1]。我國的渦輪盤材料在20世紀(jì)50年代末是以生產(chǎn)650 ℃以下使用的仿制前蘇聯(lián)ЭИ481合金，即以Fe-Cr-Ni-Mn為基，通過VC和M23C6型碳化物強化的鐵基合金GH2036開始，由于GH2036合金中碳化物強化的組織不穩(wěn)定性以及工藝上和綜合力學(xué)性能上的一系列弱點，從而促進了仿美以Ni3（Ti，Al）型γ'相為強化的鐵基高溫合金的生產(chǎn)，其中代表材料就是GH2132[2-3]。GH2132是一種時效強化型鐵基高溫合金，相近的牌號有美國的A286和法國的ZbNCT25（下文統(tǒng)稱為GH2132），是以Fe-25Ni-15Cr為基，用Al、Ti進行沉淀強化，用Mo進行固溶強化，并用B進行晶界強化等綜合強化而得，具有優(yōu)異的綜合性能，廣泛用于550～650 ℃的燃氣輪機、航空發(fā)動機等高溫部件，是一個在不太高的溫度下使用的多用途高溫合金[4-7]。

高溫合金無論是以何種元素為基體都是復(fù)雜的合金化系統(tǒng)，熱處理對其都是不可缺少的工藝過程，通過改變合金內(nèi)部組織或改變合金表面的狀態(tài)，以提高合金綜合性能滿足實際需要[8-11]。高溫合金采用的最基本熱處理類型是固溶處理和時效處理[12-14]。固溶處理常作為前處理，目的在于使原始加工狀態(tài)的第二相溶解，同時獲得所希望的晶粒大小和消除加工的應(yīng)力，為以后的時效做好準(zhǔn)備。時效處理的目的是使合金起主要第二相強化作用的γ'相呈良好狀態(tài)析出，具備希望的使用性能。目前針對GH2132合金熱處理分為三類：單固溶處理、固溶+時效處理和變形+時效處理（即直接時效處理），其中固溶+單時效處理[15-29]應(yīng)用最為廣泛，但有時為了改善合金的綜合性能，還會采用固溶+多級時效的熱處理工藝[15-18，30-32]，以得到不同時效溫度析出的組織良好配合及其反映出來的綜合性能。本文從單固溶處理、固溶+時效處理以及變形+時效處理三方面綜述熱處理制度對GH2132合金組織與性能影響的研究現(xiàn)狀，以期為同類材料熱處理工藝的制定、實施提供參考，拓展同類材料的開發(fā)與應(yīng)用。

1 GH2132合金固溶處理工藝研究進展

1.1 GH2132合金固溶處理對組織的影響

對于GH2132合金，無論是鍛材、熱軋棒或其他鍛件，固溶過程奧氏體晶粒長大規(guī)律均相似，且無論對于何種加工產(chǎn)品，原始晶粒度的大小僅影響晶粒長大的絕對值，而不影響晶粒長大的規(guī)律[5]。GH2132合金在不同溫度下保溫固溶1 h的晶粒存在兩個明顯的晶粒突然長大階段，第一階段在950～980 ℃范圍內(nèi)，這是由于晶界上析出相Fe2Ti型Laves相的溶解；第二階段在1040～1080 ℃之間，這是由于晶界M3B2相的溶解，可見GH2132合金在不同固溶處理溫度下的晶粒長大規(guī)律與晶界析出相的溶解密切相關(guān)。同時，固溶處理的保溫時間對晶粒長大也有一定的影響，在晶粒長大的第一個突變溫度附近，延長固溶處理保溫時間會降低晶粒長大的突變溫度。在晶粒明顯長大的980 ℃或低于此溫度固溶處理，延長保溫時間對晶粒大小有影響，但從滿足晶粒長大的動力學(xué)條件來看，固溶處理保溫時間不及固溶溫度的影響大，但可以起到溫度的補充作用。

不同固溶溫度、時間對GH2132合金顯微組織的影響也符合上述規(guī)律，同時隨著固溶保溫時間延長，合金內(nèi)部的固溶退火孿晶數(shù)量在增加[21]。固溶退火孿晶是中低層錯能（stacking fault energy，SFE）材料的特征[33-34]。不同尺寸的晶粒中均存在孿晶，表明孿晶是在再結(jié)晶和晶粒生長過程中產(chǎn)生的，以降低合金的總邊界能。固溶后的合金中還會存在凝固過程形成的初級Ti（C，N）等碳氮化物夾雜，尺寸大約為0.2～4 μm，多呈方形和圓形[4，35-38]。

1.2 GH2132合金固溶處理對性能的影響

文獻[21]研究了固溶處理溫度（930～1020 ℃×4 h，WC）對GH2132合金顯微硬度的影響，結(jié)果表明硬度隨著固溶溫度的增加呈下降趨勢，這是由于固溶后晶粒長大造成的，同時也存在一些強化相的溶解。不同固溶時間（900 ℃×（1～3 h），WC）對GH2132合金拉伸性能影響不大，表現(xiàn)出良好的塑性[16]，這是由于固溶處理后，強化相溶解，合金元素固溶到奧氏體γ基體中，沒有第二相的沉淀強化作用，使得單一的奧氏體基體表現(xiàn)出低強度高塑性的特點[16，24，29，39-40]。

2 GH2132合金固溶+時效處理工藝研究進展

2.1 GH2132合金固溶+時效處理對組織的影響

2.1.1 固溶溫度和固溶時間

不同固溶溫度（（900～1000 ℃）×1 h，WC）+時效（720 ℃×16 h，AC）處理后GH2132合金顯微組織均為大小均勻的等軸晶粒，但隨著固溶溫度的升高，合金的晶粒尺寸逐漸變大，同時存在較多的孿晶晶粒[23，25]。

固溶時間（900 ℃×（1～3 h），WC）越長，時效（710 ℃×16 h）處理后GH2132合金析出相γ'數(shù)量越多，同時晶粒有長大傾向[16]。這是由于固溶時間越長，各合金元素溶解于奧氏體中越充分，為時效析出γ'強化相Ni3（Ti，Al）提供了足夠充分的Ni、Ti、Al元素。

2.1.2 時效溫度和時效時間

文獻[17，21，24，26，28]研究了固溶后不同時效溫度對GH2132顯微組織的影響，在620～780 ℃范圍內(nèi)時效，對晶粒尺寸影響較小，晶粒尺寸基本保持不變。晶粒尺寸不受時效溫度影響主要是因為時效溫度較低，不能提供足夠的能量促使晶粒長大[41]。熱處理工序決定晶粒度大小的因素為固溶溫度和固溶保溫時間，尤其固溶溫度影響最為明顯。因此，要保證晶粒度合格，必須在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的固溶溫度和時間范圍內(nèi)選擇最低的固溶溫度和最短的固溶保溫時間。相比僅進行固溶的組織，合金經(jīng)固溶和時效處理后，組織晶界清晰，并伴有少量固溶處理后再結(jié)晶過程中通過堆垛層錯生長而形成的孿晶[20，24]。同時，隨著時效溫度的升高（700～740 ℃），出現(xiàn)較多細小的孿晶晶粒，晶內(nèi)孿晶數(shù)量減少，孿晶板條變寬[26]，該過程主要是以合并機制逐漸減少板條數(shù)量而使板條擴寬，最終寬板條的孿晶界面由于位錯的運動而消失[41]。文獻[16-17，21]研究了不同時效溫度對GH2132合金組織形貌的影響，隨著時效溫度的升高，γ'相數(shù)量逐漸增加，尺寸逐漸變大。這是由于較高的時效溫度有利于合金原子的擴散，強化相更易析出，且析出相尺寸大，易偏聚，因此較低的時效溫度比高的時效溫度更易析出彌散細小的γ'相，700 ℃時效時晶界有少量碳化物析出，730 ℃時效時晶界上的碳化物析出增多。

在較低溫度700 ℃時效時（固溶工藝950 ℃×1 h，WC），時效時間對合金組織影響較大，當(dāng)時效溫度升高至740 ℃時，時效4、14、16 h的顯微組織基本趨于一致[26]。文獻[15，21，28]研究了固溶后不同時效時間對GH2132合金強化相γ'的影響，如圖1所示?？梢钥吹?，隨著時效時間的延長，γ'相逐漸長大。強化相長大規(guī)律符合LSW（lifshitz slyozov wagner，LSW）理論，該理論認(rèn)為析出沉淀相的平均直徑隨著時效時間的立方根增加而增加，該過程由體積擴散控制[42-43]。LSW理論已在一些研究GH2132合金文獻中得到證實[21，44-47]，因而可根據(jù)某一時效溫度下強化相的直徑D（nm）與時效時間t（h）的關(guān)系獲得強化相長大模型，以此來預(yù)測合金在該溫度時效中γ'強化相長大過程。同時，隨時效時間延長，晶界有碳化物析出。當(dāng)時效時間達到2 h以上時，晶界除了析出碳化物，也析出了呈片層或胞狀、沿晶界呈一定角度的有害相η相，且隨著時效時間延長逐漸長大。

圖1 不同時效時間后GH2132合金強化相γ'尺寸及晶界形貌[15，21，28]Fig. 1 Strengthening phase γ' size and grain boundary morphology images of GH2132 alloy after different aging time[15，21，28]

γ'相是不穩(wěn)定的，時效過程會導(dǎo)致γ'/γ中晶格失配度增加，產(chǎn)生的層錯會進入到γ'相中，使其不穩(wěn)定，導(dǎo)致發(fā)生γ′→η轉(zhuǎn)變[48-51]。通常析出η相的區(qū)域周圍無γ'相，即η相是以犧牲γ'相為代價形成的[35，52-54]，如圖2所示，該現(xiàn)象在其他諸如鎳基高溫合金Nimonic 263中也可觀察到[55]。GH2132合金是典型的高鈦低鋁型高溫合金，而具有高Ti/Al比的鐵基合金在高溫時效或高溫變形過程中易發(fā)生η相沉淀，但通常只有在過時效處理后才能觀察到胞狀η相[19，56-59]，例如在Brooks[38]和Cicco[52]研究中，分別在720 ℃時效450 h和730 ℃時效217 h后發(fā)現(xiàn)了胞狀η相，然而在Zhao等[4]研究中，740 ℃時效8 h便觀察到胞狀η相。再者，η相之所以會沿晶界析出，一方面是由于晶界位置能量較高，η相會在晶界處形核、長大，并生長到晶粒內(nèi)部[56，60-73]；另一方面是由于硼和鈦都傾向于在晶界處偏析，奧氏體合金中硼的偏析傾向遠高于鈦，通常以非平衡（偏聚）的方式偏析[64-68]。固溶處理期間在晶界處偏析的硼原子會抑制鈦原子向晶界擴散，因此在時效處理期間沒有足夠的鈦原子用于η相的成核或生長，隨著時效溫度或時效時間的增加，擴散到高能晶界的鈦原子增加，導(dǎo)致η相在該處沉淀[4]。800 ℃以上溫度時效時，析出相η相呈針狀魏氏體（圖2（b）），通過沉淀無法達到硬化合金的效果[52]。

文獻[32]研究了固溶處理后（900 ℃/2 h/OQ）兩級時效制度對合金顯微組織及γ'相形貌的影響，不同時效工藝對合金的晶粒尺寸及γ'相形貌影響不大，但對γ'相尺寸影響明顯。隨第一級時效溫度的增加，γ'相尺寸逐漸增加，說明γ'相析出與熱處理溫度及隨后時效過程有緊密聯(lián)系。合理的選擇兩級時效制度，如兩級時效720 ℃×16 h+650 ℃×16 h，可以獲得不同尺寸的γ'相，且數(shù)量多于720 ℃單級時效時得到的γ'數(shù)量[17]。時效制度制定不合理，如兩級時效（718 ℃×1 h+660 ℃×1 h）相比單時效（718 ℃×1 h），會造成兩級時效效果不明顯，γ′相聚集、長大的同時在晶界位置形成碳化物M23C6大顆粒[15]，若時效溫度過高，如兩級時效（760 ℃×16 h+700 ℃×16 h），雖然會析出尺寸不同的γ'相，但同時也會析出尺寸較大而且數(shù)量較多的碳化物M23C6以及有害η相[4，16]。

2.2 GH2132合金固溶+時效處理對性能的影響

2.2.1 固溶溫度和固溶時間

調(diào)整合金的固溶處理溫度，是在保證γ'相完全溶解的條件下，主要控制晶界相的溶解（或析出）以及合金晶粒度大小。GH2132合金是奧氏體多晶材料，由于晶界對位錯運動的阻礙作用以及各晶粒取向不同，所以晶粒越細小，晶界面積越多，對材料的強化越明顯，即細晶強化[69]。文獻[5，23，25]研究了不同固溶溫度對時效后GH2132合金室溫力學(xué)性能的影響，如圖3所示。900～950 ℃溫度范圍固溶處理對GH2132合金晶粒度變化不大，因而合金的瞬時力學(xué)性能沒有差別。隨著固溶處理溫度的升高，開始出現(xiàn)大晶粒，晶界數(shù)量減少，阻礙位錯運動的障礙變少，同時也有可能由于某些晶界析出相的動態(tài)[21]，使合金室溫性能的強度指標(biāo)下降的趨勢較為緩慢一些。同時可以看到，添加微量的合金元素Nb（0.082%）可以提高合金的強度，但對塑性影響較小[23]，這是由于γ'相強化的鐵基高溫合金，Nb主要溶解于γ'相，形成Ni3（Al，Ti，Nb），具有增大γ'相反相疇界能、增加γ'相數(shù)量以及提高γ'相穩(wěn)定性的作用[70-72]。

圖3 不同固溶處理溫度對GH2132合金室溫力學(xué)性能的影響[5，23，25] （a）抗拉強度；（b）屈服強度；（c）伸長率；（d）斷面收縮率Fig. 3 Effect of different solution treatment temperatures on mechanical properties of GH2132 alloy at room temperature[5，23，25] （a） tensile strength；（b） yield strength；（c） elongation；（d） reduction of area

文獻[16]研究了固溶時間對時效后（710 ℃×16 h）GH2132合金室溫力學(xué)性能的影響，時效能在單固溶的基礎(chǔ)上將抗拉強度和屈服強度分別由700 MPa和300 MPa提高到1200 MPa和700 MPa，但時效態(tài)塑性相對固溶態(tài)大幅度下降。同時，與固溶態(tài)拉伸性能幾乎不隨固溶時間的影響截然不同，時效態(tài)拉伸性能隨固溶時間的延長，抗拉強度逐漸提高，屈服強度逐漸降低，伸長率和面收縮率也有小幅上升。由于固溶時間越長，固溶處理越充分，為時效析出γ'強化相提供足夠充分的Ni、Ti、Al等元素，γ'相以切割或繞過機制阻止位錯的運動作用越強，促使合金得到強化，但γ'相析出數(shù)量的增加是不利于塑性的，因此γ'相析出增加的同時，會有回復(fù)和再結(jié)晶軟化機制，固溶時間越長，回復(fù)和再結(jié)晶發(fā)生越充分。

2.2.2 時效溫度和時效時間

GH2132合金在時效過程中主要析出和基體共格的Ni3（Ti，A1）型γ'相，造成合金強烈地析出硬化效應(yīng)，其含量的多少直接影響著合金的性能，特別是其析出相的形狀、尺寸大小、數(shù)量和分散情況[1，45，60，63，73-81]，γ'強化相內(nèi)還存有少量位錯[82]。如圖4（a）所示GH132合金經(jīng)980 ℃/1 h/OC固溶處理后，分別在650～930 ℃溫度范圍內(nèi)進行不同時間時效得到的時效硬化曲線，可以看到，合金在650～830 ℃之間時效，都有明顯的由于γ'相析出所造成的硬化現(xiàn)象，但在710～720 ℃左右的時效硬化效果最為顯著。從圖4（b）所示的不同時效時間的硬化曲線看出，選擇常用的16 h時效時間，合金的硬化峰值也是在710～720 ℃左右，高于720 ℃時效硬化效果就明顯降低，但在稍低一些的溫度時效合金仍能保持相當(dāng)?shù)挠不Ч?/p>

圖4 GH2132合金的時效硬化曲線[5] （a）時效溫度；（b）時效時間Fig. 4 Aging hardening curve of GH2132 alloy[5] （a） aging temperatures；（b） aging times

文獻[5，16-17，24，28]研究了不同時效溫度對GH2132合金室溫力學(xué)性能的影響，如圖5所示?？梢钥吹?，GH2132合金無論是900 ℃還是980 ℃固溶處理后，時效溫度對合金室溫力學(xué)性能的影響規(guī)律基本上是一致的。再者，合金的室溫拉伸強度指標(biāo)都是在700～730 ℃時效獲得峰值，與時效硬化曲線規(guī)律一致，同時塑性指標(biāo)有不明顯的下降，這是由于合金在700～730 ℃時效，γ'相析出的數(shù)量與大小得到了良好的配合，均勻分布的γ'相有效阻礙了位錯運動，所以合金具有較高的強度。時效溫度低于700 ℃，γ'相析出的不充分，合金的強化程度不夠。時效溫度過高（730 ℃以上），由于γ'相的聚集長大及部分η相析出，使合金的強度下降。這是由于有害相η相通常是合金變形過程中微孔成核和聚結(jié)的首選位置，尤其在晶界處更有利于微孔聚集，導(dǎo)致斷裂優(yōu)先發(fā)生在晶界處，嚴(yán)重惡化了合金在應(yīng)用中要求的強度和塑韌性能[4，37-38，83-88]，但胞狀η相可以抑制晶界在高溫變形期間的滑動和開裂，從而提高合金的高溫塑性[56]。分布于晶界的有害相，在析出量相同的情況下，對大晶粒的影響程度較之小晶粒更嚴(yán)重，這是由于晶粒越小，晶界面積越大，晶界上有害相分布的密集程度降低弱化了有害效果[89]，同時觀察到，在700～730 ℃之間時效，隨著時效溫度的升高，出現(xiàn)抗拉強度降低、屈服強度升高，伸長率和面收縮率基本保持不變的趨勢，可能是較其他工藝固溶時間較長使固溶更加充分，導(dǎo)致在700 ℃時效比較高溫度時效有更大的強化作用[16]。時效溫度對合金的硬度和剪切強度影響規(guī)律與對拉伸強度影響類似，即隨著時效溫度的提高呈現(xiàn)先增加后降低趨勢[17，21，28]。

圖5 時效溫度對GH2132合金室溫力學(xué)性能的影響[5，16-17，24，28] （a）抗拉強度；（b）屈服強度；（c）伸長率；（d）斷面收縮率Fig. 5 Effect of aging temperature on mechanical properties of GH2132 alloy at room temperature[5，16-17，24，28] （a） tensile strength；（b） yield strength；（c） elongation；（d） reduction in area

文獻[26]研究了GH2132合金在固溶后（950 ℃×1 h，WC）不同時效溫度和時間（（700～740 ℃）×（4～18 h），AC）對合金力學(xué)性能的影響。時效4 h后，隨著時效時間的延長，抗拉強度和屈服強度分別在1000 MPa和700 MPa左右波動，伸長率和斷面收縮率分別在28%和46%上下波動，720 ℃時效后抗拉強度最高，740 ℃時效后抗拉強度最低。時效溫度不同，對應(yīng)強度或塑性指標(biāo)峰值的時間也不同。時效溫度越高，到達峰值所需時間越短[44]。

時效溫度較低時（980 ℃×1 h+680 ℃），時效時間越長（16～24 h），抗拉強度和硬度均呈增加的趨勢[27]。時效溫度較高時（982 ℃×1 h，OC+718 ℃[15]、960 ℃×1 h，WC+730 ℃[21]），時效1 h硬度便達到最大值，時效時間進一步延長，合金硬度開始下降，但降低緩慢，再次說明提高時效溫度可明顯縮短拉伸、硬度等性能數(shù)值到達峰值的時間，但獲得的性能指標(biāo)不一定是最高的。

文獻[15-17，32]研究了固溶后不同兩級時效工藝對GH2132合金力學(xué)性能的影響，690～720 ℃之間時效，隨時效溫度升高，合金的屈服強度明顯升高，而抗拉強度變化較小，伸長率和斷面收縮率降低。720～760 ℃之間隨時效溫度增加，強度降低，塑性變差，可見，影響合金屈服強度和抗拉強度的熱處理參數(shù)主要是時效溫度。隨多段時效溫度提高，當(dāng)時效溫度太低，強化相γ'析出不明顯，合金的抗拉強度和屈服強度都較低；隨著時效溫度進一步提高，合金中析出的γ'相數(shù)量和尺寸增加，會引起強度的提高；當(dāng)時效溫度進一步提高時，會產(chǎn)生過時效現(xiàn)象，部分γ'相轉(zhuǎn)變?yōu)棣窍?，造成合金性能下降。η相作為有害相，它的析出一方面降低了?強化相含量，一方面脆化晶界，使合金的性能下降。此外，當(dāng)γ'相進一步長大時，位錯和析出相的交互作用由切割機制變?yōu)槔@過機制，析出相對位錯運動的阻礙程度降低，位錯變得更容易運動，滑移系容易開動，合金的性能下降，所以，析出相的尺寸不宜過大也不宜過小[21]。時效過程若析出尺寸較大而且數(shù)量較多的碳化物M23C6，會降低晶界強度和減小強化相γ'相的析出，降低合金強度[16]。碳化物不僅降低了晶界結(jié)合力，破壞晶界連續(xù)性，而且成為裂紋源，使合金易發(fā)生脆性斷裂[15]。

合理地選擇固溶+兩級時效工藝可明顯提高合金的綜合力學(xué)性能，但若兩級時效工藝選擇不合理，獲得的合金性能會低于單時效性能[16-17]。

3 GH2132合金變形+時效處理工藝研究進展

3.1 變形量對GH2132合金組織與性能的影響

小量變形對GH2132合金晶粒長大是很敏感的，該合金的臨界變形量約為2%，為防止晶粒異常長大，通常冷變形量必須超過6%[90]。GH2132合金隨形變量增加晶粒逐漸由等軸變?yōu)槔w維狀，晶粒方向性趨于明顯，形變量在30%以內(nèi)時，組織基本為等軸晶，存在較多孿晶，形變量超過35%時，組織纖維化明顯，晶界模糊，晶內(nèi)出現(xiàn)明顯的變形痕跡[91-92]。熱軋態(tài)GH2132合金固溶處理后，在再結(jié)晶退火過程中會同時形成大量的“退火孿晶”，采用合理的后續(xù)熱處理工藝不會造成晶粒的異常長大，仍可保留冷作變形強化效果[20，93]。同時，原始晶粒對變形后的晶粒尺寸也有一定的影響，小變形時，晶粒會變得更粗大，但隨著變形量的增加，原始晶粒尺寸對產(chǎn)品的最終晶粒度影響越來越小，在變形量達到35%時，原始晶粒的作用逐漸消失[93]。

文獻[20，29]研究了不同冷變形量對GH2132合金棒材室溫拉伸和硬度的影響，隨著冷拉變形量的增加，合金硬度、抗拉強度和屈服強度逐步提高，在20%～30%面縮率范圍內(nèi)的冷作強化效果最為顯著，隨后變化趨于緩慢。而隨著變形量的提高，合金塑性，特別是伸長率大幅度下降，將會影響材料后續(xù)加工。

3.2 變形量及時效制度對GH2132合金組織的影響

文獻[91]研究了不同形變量及不同時效制度對GH2132合金的顯微組織的影響，時效處理后在奧氏體晶粒內(nèi)部出現(xiàn)密排彌散及粒狀析出相γ'。同一時效制度下，形變量越大，析出相數(shù)量越多，這是因為大形變量條件下合金內(nèi)部積蓄的畸變能較高，對新相形核及長大所需的外界激活能低。對于同一形變量的合金組織，隨著時效溫度升高，時效處理幾乎不改變晶粒尺寸和結(jié)構(gòu)，但析出相γ'數(shù)量和富Cr碳化物的含量逐漸增加[94]，同時γ'逐漸變大，顆粒數(shù)量變少，該規(guī)律在其他研究文獻中也可看到[16，22]，這是由于時效過程中，合金原子通過空位等缺陷擴散并形核，時效溫度越高，溶質(zhì)原子擴散越快，析出相長大所需時間越短，溶質(zhì)原子析出時易聚集，越有利于析出長大，故最終導(dǎo)致析出相顆粒比較大，數(shù)量少[16]；再者，兩段時效制度會增加細小彌散相γ'的充分析出[18]。還注意到，650 ℃×8 h時效后，γ'析出相呈方型γ'析出，經(jīng)680 ℃×8 h+650 ℃×8 h制度時效后，方型γ'相變成球型。γ'相是高溫合金的主要強化相，呈彌散分布，主要有方型和球型兩種形態(tài)，γ'相的形態(tài)與γ-γ'的晶格錯配度（點陣失調(diào)度）有關(guān)，晶格錯配為小于0.2%時，γ'為球狀，晶格錯配為0.5%～1.0%時呈立方狀，晶格錯配大于1.25%時呈片狀[1，69，74，95]，也有文獻指出與Al含量有關(guān)[60]。

變形態(tài)GH2132合金在較低的溫度（＜704 ℃）下直接時效仍存在變形晶粒，對合金的冷變形強化效果影響不大[22]。文獻[32]研究了不同熱處理制度對鍛造后GH2132合金組織的影響，結(jié)果表明鍛造后直接時效，兩種時效工藝（650 ℃×16 h，AC、705 ℃×16 h，AC+650 ℃×16 h，AC）下晶粒尺寸相當(dāng)，但均勻性較差。單時效由于時效溫度低，未觀察到析出γ'相，說明γ'相析出與隨后時效熱處理溫度有緊密聯(lián)系，同時直接時效的晶粒尺寸小于固溶+時效處理，說明固溶處理一方面會促使鍛態(tài)析出相溶解，消除加工應(yīng)力，引起合金晶粒尺寸增大，同時有均勻晶粒尺寸作用。

3.3 變形量及時效制度對GH2132合金性能的影響

文獻[20，91，94，96]研究了不同變形量對GH2132合金時效后性能的影響，如圖6所示?？梢钥吹剑瑢τ谕粫r效熱處理制度，隨材料形變量的增加，合金呈現(xiàn)強度增加、塑性降低的變化趨勢，特別變形量小于20%時，合金的強度和塑性變化趨勢明顯，超過變形量20%，變化相對較緩。再者，同一形變量條件下，合金固溶狀態(tài)時的強度最低，當(dāng)時效溫度較低時（650～680 ℃），隨時效溫度增加強度呈現(xiàn)增加趨勢；當(dāng)時效溫度較高時（700～720 ℃），變形量小于20%左右時，時效溫度越高，強度越高，變形量大于20%左右時，時效溫度越高，強度越低。在同一形變量條件下，時效溫度對伸長率影響不明顯，但對斷面收縮率影響較大。增加形變量有利于GH2132合金材料的強化相析出，三種時效制度650 ℃×8 h、680 ℃×8 h及680 ℃×8 h+650 ℃×8 h下γ'相析出數(shù)量逐漸增多。γ'相的數(shù)量及尺寸會直接影響到GH2132合金的拉伸性能[1，39，73-74]，較低的析出相界面能有助于提升靜載斷裂裂紋萌生及擴展的誘發(fā)門檻，進而提高拉伸斷裂強度[91]，均勻分布的γ'相也可有效阻礙位錯運動，提高拉伸強度[83]。

圖6 不同形變量及時效制度對GH2132合金力學(xué)性能的影響[20，91，94，96] （a）抗拉強度；（b）屈服強度；（c）伸長率；（d）斷面收縮率Fig. 6 Effects of different deformation and aging process on mechanical properties of GH2132 alloy[20，91，94，96]（a） tensile strength；（b） yield strength；（c） elongation；（d） reduction in area

文獻[16，22]研究了不同時效溫度對變形態(tài)GH2132合金時效后性能的影響，但兩研究獲得的性能變化規(guī)律完全相反，出現(xiàn)如此不同變化趨勢的原因可能與時效前來料狀態(tài)不同有關(guān)，文獻[16]實驗原材料為固溶（950 ℃×1.5 h，OC）+冷拉（?9.50 mm→?4.45 mm），文獻[22]實驗原材料為固溶+冷拉棒?12.2 mm（固溶、拉拔工藝均未提）。相比僅冷變形后的性能（σb=1284.1 MPa，σ0.2=1151.7 MPa，δ=0.6%，ψ=47.4%），由于冷變形加速了γ'相的沉淀，采用較低的時效溫度就能使GH2132合金得到最大的強化效果。因而在實際應(yīng)用中對經(jīng)過大變形的GH2132合金想要獲得高強度需盡量選擇較低的時效溫度，但與此同時，塑性也較差，可見直接時效溫度對此合金性能有雙重影響。

時效溫度選擇合理時（704 ℃），在一定的時間內(nèi)對冷拉變形態(tài)GH3232合金進行直接時效是不會影響強度和塑性指標(biāo)的，說明時效溫度的選擇對于合金性能的影響是至關(guān)重要的[22]。同時，選擇合理的雙時效工藝進行直接時效有利于提高合金的強度，但塑性較差[32，94]，如通過兩級時效（650 ℃×8 h+680 ℃×8 h）后拉伸強度可達到1480 MPa。

4 總結(jié)與展望

近年來研究熱處理工藝對GH2132合金組織與性能的影響文獻較多，但均從固溶+時效或變形+時效等單方面在某一溫度或時間范圍內(nèi)進行了較深入地研究，系統(tǒng)總結(jié)性文章鮮見報道。GH2132合金作為鐵鎳基合金的典型代表，價格便宜，具有良好的中溫力學(xué)性能、熱加工性能，大力發(fā)展鐵基高溫合金，適合我國資源特點，無鈷節(jié)鎳，具有廣闊的應(yīng)用前景。后續(xù)有關(guān)該合金的研究，可在以下幾方面考慮：

（1）運用計算機模擬技術(shù)，結(jié)合新的合金強化和設(shè)計理念，改良合金成分，優(yōu)化熱處理參數(shù)。

（2）全流程精細化控制，持續(xù)改進工藝，保持組織均勻穩(wěn)定，提高材料綜合性能。

（3）建立完備的合金成分-工藝-組織-性能數(shù)據(jù)庫，揭示材料共性問題，為工程選用提供準(zhǔn)確的加工工藝數(shù)據(jù)。