Hastelloy C-276哈氏合金固溶與不固溶的區(qū)別

C-276哈氏合金經(jīng)過(guò)固溶處理后，?其性能和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生顯著變化，?與未經(jīng)固溶處理的合金相比，?具有以下區(qū)別：?
 性能提升：?固溶處理能夠顯著提高C-276哈氏合金的韌性和可加工性。?通過(guò)將合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋?使溶質(zhì)元素均勻溶解在基體中，?可以改善合金的機(jī)械性能，?使其更加適合進(jìn)行冷成形加工1。?
 組織結(jié)構(gòu)：?固溶處理后，?C-276哈氏合金在光學(xué)顯微鏡下顯示為單相奧氏體組織，?且晶粒內(nèi)部一般有退火孿晶存在。?這種組織結(jié)構(gòu)的變化有助于提高合金的耐腐蝕性和耐高溫性能2。?
 耐腐蝕性和耐高溫性能：?固溶處理后的C-276哈氏合金在環(huán)境下工作，?直接接觸具有腐蝕性的溶液，?承受高壓，?并且一次性設(shè)計(jì)使用壽命長(zhǎng)達(dá)18年，?期間不能破裂。?這種性能的提升得益于固溶處理改善了合金的綜合性能，?包括足夠的強(qiáng)度、?耐腐蝕性以及良好的塑性2。?
 熱處理過(guò)程：?固溶處理的熱處理過(guò)程包括加熱到1100℃～1160℃的溫度范圍，?并進(jìn)行水淬或快速空冷。?這個(gè)過(guò)程有助于消除合金中的應(yīng)力，?提高其耐腐蝕性和機(jī)械性能13。?
綜上所述，?C-276哈氏合金經(jīng)過(guò)固溶處理后，?其韌性和可加工性得到提高，?組織結(jié)構(gòu)變?yōu)閱蜗鄪W氏體，?并且耐腐蝕性和耐高溫性能得到顯著提升，?使其在環(huán)境下具有更好的使用性能和更長(zhǎng)的使用壽命。?
Hastelloy C-276(C-276)合金是 Hastelloy 系列合金中的一種,C系列合金為Ni-Cr-Mo合金,而C-276合金是在 Ni-Cr-Mo基礎(chǔ)上加入適量的 W,Fe等元素得到的一種固溶強(qiáng)化的面心立方結(jié)構(gòu)的合金,其耐高溫和耐腐蝕性能優(yōu)異.目前,許多研究者對(duì) Haselloy 系列合金進(jìn)行了研究!1-,包括鑄造合金、軋制的板材及粉末冶金熱壓法制備的Hastlly型合金等,且大多集中于耐蝕性能的研究.C-276合金經(jīng)過(guò)多道次旋壓,得到壁厚為0.4 mm的超薄壁管材,超薄壁C-276合金管在極環(huán)境下工作,直接接觸具有腐蝕性的溶液,承受約210個(gè)大氣壓,并且一次性設(shè)計(jì)使用壽命18年,期 間不能破裂,因此對(duì)管材綜合性能有嚴(yán)格的要求: 有足夠的強(qiáng)度,耐腐蝕性,良好的塑性等, 以確保其優(yōu)良的使用性能.通常,C-276 合金在多 道次旋壓成形過(guò)程中要進(jìn)行固溶處理改善其加工性能,固溶處理后C-276合金在光學(xué)顯微鏡下顯示為單相奧氏體組織,且晶粒內(nèi)部一般有退火孿晶存在.常采用的固溶處理工藝為(1160±10)
℃,保溫時(shí)間20 min,水淬.合適的固溶處理工藝除了改善合金加工性能外還能提高退火孿晶()3)的比率,而低 >CSL(coincidence site lattice,重位點(diǎn)陣)晶界比率的提高有利于提高材料的耐腐蝕性能,同時(shí)固溶處理對(duì)合金的再結(jié)晶及晶粒尺寸有顯著影響,粗化的晶粒會(huì)減少晶界的面積和高能的晶界的含量,從而影響晶界的擴(kuò)散,進(jìn)而影響合金的力學(xué)性能.同樣,固溶處理對(duì)成形后超薄管的再結(jié)晶、>CSL(重位點(diǎn)陣)晶界特征分布及力學(xué)性能也具有顯著影響,因此,必須對(duì)固溶溫度、微觀演變和力學(xué)性能之間的關(guān)系進(jìn)行研究。本文對(duì)旋壓成形的壁厚為0.4 mm 超薄管材在不同溫度下進(jìn)行固溶處理,并分析其再結(jié)晶、晶界特征分布和力學(xué)性能。
1實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)材料為C-276 合金,合金成分列于表1.合金在強(qiáng)力旋壓機(jī)上經(jīng)過(guò)3道次旋壓,道次減薄率25%~35%,進(jìn)給率0.6~1.2 mmr,總減薄率為80%,得到壁厚為0.4 mm的超薄壁管材.
將試樣分為和200倍率下進(jìn)行掃描.將試樣A,B,C,D按國(guó)標(biāo)制備拉伸試樣,每組加工3個(gè).在萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn),拉伸速率0.033 mms.測(cè)得合金的力學(xué)性能,計(jì)算每組的平均值.隨后在KYKY-2800掃描電鏡(SEM)上對(duì)拉伸斷口進(jìn)行形貌觀察。
2結(jié)果與討論
 固溶溫度對(duì)C-276合金超薄管晶粒尺寸的影響
影響C-276合金超薄管力學(xué)性能的因素眾多,其中晶粒尺寸和均勻性是不可忽略的重要影響因素,而固溶處理工藝可對(duì)晶粒尺寸進(jìn)行有效的調(diào)控"-0.圖1中(a~d)所示為試樣A,B,C,D 的IPF(inverse pole figure,標(biāo)準(zhǔn)反極圖),圖1(a~c)觀察倍率為800倍,圖1(d)觀察倍率為200倍從圖1中可看出固溶溫度由900℃升高到1000℃后,晶粒尺寸略有減小但變化程度不大,圖1(b)中晶粒明顯比圖1(a)中更加均勻;此后,隨著固溶溫度升高晶粒逐漸長(zhǎng)大,圖1(c)中晶粒尺寸相比于圖1(b)中有明顯增大;圖1(d)所示IPF圖由于放大倍率較小,尺寸與圖1(c)相差不大,但從標(biāo)尺可判斷當(dāng)固溶溫度為1200℃時(shí),平均晶粒尺寸約為圖1(c)中3~4 倍.采用EBSD中自帶的OMI技術(shù)對(duì)不同固溶溫度下C-276合金超薄管晶粒尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到各試樣對(duì)應(yīng)的晶粒尺寸分布圖,如圖2所示;統(tǒng)計(jì)得到的各試樣對(duì)應(yīng)的晶粒平均尺寸分別為7.73,4.12,22.54,77.15 μm.繪制出固溶溫度對(duì)合金平均晶粒尺寸的影響趨勢(shì)圖,如圖3所示.晶粒長(zhǎng)大是由于晶界不斷向著曲率中心方向遷移,引起小晶粒消失,合并成為尺寸更大的大晶粒,而且晶界遷移過(guò)程中會(huì)不斷平直化,使晶粒凹面變平尺寸增大.晶界遷移需要滿足一定能量條件,驅(qū)動(dòng)力通常來(lái)自總的界面能的降低,當(dāng)滿足能量條件克服一定勢(shì)壘后,上述晶界遷移過(guò)程得以實(shí)現(xiàn),這可以視為一個(gè)熱激活的過(guò)程晶粒在正常長(zhǎng)大過(guò)程中,晶界平均遷移速率與溫度呈正相關(guān)所以固溶溫度升高,晶界平均遷移速率加快,在相同固溶時(shí)間條件下晶粒尺寸更大.固溶溫度900℃時(shí)合金再結(jié)晶不充分,殘留有部分原始組織,這些被拉長(zhǎng)的大晶粒原始組織由于再結(jié)晶不充分而得到保留-,所以固溶溫度為900℃時(shí)平均晶粒尺寸要比固溶溫度為1000℃時(shí)平均晶粒尺寸稍大。
固溶溫度對(duì)C-276 合金超薄管再結(jié)晶的影響
對(duì)試樣A,B,C,D相鄰晶粒取向差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得到不同固溶溫度條件下試樣晶粒取向差分布圖,如圖4所示.圖4(a)中有明顯的小角度晶界存在,而圖4(b~d)中無(wú)明顯小角度晶界.固溶溫度為900 ℃時(shí)C-276合金的極圖如圖5所示,極圖顯示經(jīng)900℃固溶處理后時(shí)合金中無(wú)明顯織構(gòu).而圖4(a)中小角度晶界所占比率很高,可認(rèn)為是存在大量亞晶界所致,說(shuō)明固溶溫度為900℃時(shí)合金未充分再結(jié)晶"。再結(jié)晶區(qū)域分布如圖6 (a~d)所示,黑色為全再結(jié)晶區(qū)域,白色為未全再結(jié)晶區(qū)域,灰色為未再結(jié)晶區(qū)域.全再結(jié)晶區(qū)域、未全再結(jié)晶區(qū)域和未再結(jié)晶區(qū)域各區(qū)域所占比率具體數(shù)值列于表2.當(dāng)固溶溫度為900℃時(shí)全再結(jié)晶比率為65%,隨著固溶溫度升高,全再結(jié)晶比率呈上升趨勢(shì),固溶溫度達(dá)1100℃時(shí),全再結(jié)晶比率達(dá)到99.4%,已充分再結(jié)晶.再結(jié)晶是一個(gè)形核和長(zhǎng)大的過(guò)程,靜態(tài)再結(jié)晶形核常見(jiàn)的兩種方式為晶界弓出形核和亞晶形核,亞晶形核機(jī)制有亞晶合并機(jī)制和亞晶遷移機(jī)制兩種
形式",晶界弓出形核一般在變形量較小(小于20%)時(shí)發(fā)生,此次旋壓成形變形量高達(dá)80%,顯然不屬于原有大角度晶界弓出形核。亞晶形核機(jī)制通常發(fā)生在變形程度大的金屬中,當(dāng)變形程度大時(shí),晶體中的位錯(cuò)會(huì)不斷增值引起位錯(cuò)的纏結(jié)從而形成胞狀的結(jié)構(gòu),在加熱的過(guò)程中會(huì)引起胞狀結(jié)構(gòu)發(fā)生平直化從而形成亞晶。通常情況下變形程度大且層錯(cuò)能高的金屬多以亞晶合并機(jī)制進(jìn)行形核,而C-276合金為層錯(cuò)能較低的面心立方結(jié)
構(gòu)",這種變形度很大的低層錯(cuò)能金屬多以亞晶遷移機(jī)制進(jìn)行形核.由于亞晶界的位錯(cuò)密度較高,位于亞晶界兩側(cè)的亞晶之間有較大的位向差,晶界能較高,所以在加熱的過(guò)程中這些亞晶界很容易發(fā)生遷移而逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼嵌染Ы?大角度晶界的遷移率遠(yuǎn)大于小角度晶界的遷移率,可以迅速遷移,遷移過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致路程中的位錯(cuò)被清除,在它后面留下無(wú)畸變的晶體以作為再結(jié)晶核心使晶粒長(zhǎng)大.固溶溫度對(duì)再結(jié)晶速率影響顯著,進(jìn)而對(duì)再結(jié)晶比率有很大影響

C-276哈氏合金不需要固溶熱處理。?
C-276哈氏合金是一種改進(jìn)的鍛造C合金，?其特點(diǎn)之一是焊接后不需要進(jìn)行固溶熱處理。?這種合金能夠阻止焊接熱影響區(qū)的晶界沉淀的形成，?使得焊接狀態(tài)的產(chǎn)品適用于大多數(shù)化學(xué)工程處理的用途。?此外，?C-276合金在熱處理方面的特性包括固溶處理和焊后熱處理。?固溶處理涉及將合金加熱到1120-1175℃，?保持一段時(shí)間后快速水冷，?這一過(guò)程旨在消除加工應(yīng)力，?改善材料的韌性和延展性，?同時(shí)提高合金的耐腐蝕性。?焊后熱處理則通常包括在固溶處理后的C-276焊縫上進(jìn)行870℃左右的去應(yīng)力退火處理，?以降低殘余應(yīng)力，?提高焊接接頭的綜合性能12。?
盡管C-276哈氏合金在大多數(shù)應(yīng)用中不需要進(jìn)行時(shí)效處理，?但在某些特定的高溫環(huán)境中，?為了進(jìn)一步提升材料的硬度和抗蠕變性能，?可以進(jìn)行時(shí)效處理。?典型的時(shí)效處理工藝包括將合金加熱到800-900℃并保持?jǐn)?shù)小時(shí)，?然后空冷1。?這些特性使得C-276哈氏合金成為一種廣泛應(yīng)用的材料，?特別是在需要高度耐腐蝕性的環(huán)境中。?