采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、布氏硬度计和拉伸试验机研究了 Incoloy 825 合金在不同温度下固溶处理后的显微组织、力学性能和耐腐蚀性。 结果表明，当固溶温度在 980~1050°C 之间时，晶粒尺寸减小。 合金变化不大。 当溶液温度超过 1050°C 时，粒径以更快的速度增加。 随着固溶温度的升高，合金的硬度和抗拉强度逐渐降低，但伸长率不断提高。 晶界沉淀物主要由富含铬和钼的 M23C6 碳化物以及铬、镍、铁和钼等金属间化合物组成。 随着固溶温度的升高，晶界析出物的数量先增加后减少。 当固溶温度为 1015 °C 时，晶界析出物最多，合金的晶间耐腐蚀性最差。
镍铁铬合金具有良好的抗应力腐蚀开裂、缝隙腐蚀、点蚀、抗氧化和热酸还原性能，主要应用于海洋工程的管道系统。 热交换器用于石油加工、酸洗设备中的加热管等。 Incoloy 825 合金是一种经过钛稳定化处理的奥氏体镍铁铬合金，在高温环境下具有优异的硬度和强度。 通过添加钼和铜等合金元素，它可以用于不锈钢无法承受的更复杂、更恶劣的腐蚀环境中。 当合金成分恒定时，合金的耐腐蚀性和机械性能主要取决于其微观组织、沉淀物的组成和分布等。 不同的热处理工艺对微观结构、粒度、沉淀物组成、分布、数量、大小等都有重大影响。 因此，有必要考虑合金的热处理工艺。 通常，Incoloy 825 合金的热轧温度为 900-1150°C，冷却方式为水冷或快速风冷。 为了获得良好的抗合金点蚀和晶间腐蚀开裂能力，需要在 1150-1250°C 下进行凝固处理。 目前，Incoloy 825 合金的研究主要集中在晶间腐蚀的原因分析、沉淀相分析等方面。 然而，对于不同温度下固溶处理后力学性能和耐腐蚀性的变化，以及析出相、微观组织和耐腐蚀性之间的关系，目前还没有太多深入的研究。 因此，作者对 Incoloy 825 在不同温度下固溶处理后的微观结构、析出物、耐腐蚀性和力学性能进行了研究。 这对于优化热处理工艺和研究合金元素的强化机制具有重要意义。
实验中使用的材料是在真空感应炉中熔化的自制 Incoloy 825 合金。 坯料厚度为120mm，轧制温度为1100-1180°C，最终轧制温度不低于900°C。 将其热轧至 12mm 的板厚，然后进行热酸洗以去除表面的氧化皮。 化学成分如表 1 所示。 收集 5 组尺寸为 100 mm× 12 mm×12 mm 的样品进行固溶处理，固溶温度分别为 980°C、1015°C、1050°C、1100°C、1200°C，保温20分钟后再进行水淬。
表 1 Incoloy 825 合金的化学成分（质量分数）%
C | 四 | 锰 | p | S | 镍 | 铬 | 莫 | 钛 | 铝 | 铁 | 铜 |
0.023 | 0.064 | 0.4 | 0.002 | 0.0038 | 42.8 | 20.8 | 2.99 | 0.98 | 0.1 | 29.43 | 2.15 |
根据 GB/T 6394-2002《金属平均粒度评价方法》，使用蔡司 Axio Imager Z1m 光学显微镜评估热处理试样的粒度。 用 ZEISS EVO-18 扫描电子显微镜观察样品的微观结构和沉淀物的分布。 腐蚀性为硫酸铜（II.）盐酸水溶液（硫酸铜（II.）2 g、盐酸 10 mL、蒸馏水 10 mL）。 蔡司 Σ IGMA 场发射扫描电子显微镜中集成的夹杂物分析系统的 INCA 功能可统计分析样品表面沉淀物的面积比。 采用碳提取复制法将样品中的沉淀物与基质分离，并使用 JEM-2100F 场发射透射电子显微镜和牛津仪器 INCA Energy 350 能谱仪表征沉淀物的形态、结构和组成。
根据 GB/T 228.1-2010 和 GB/T 231.1-2009，在 5585H 型拉伸试验机和 Instron CLB3 布氏硬度计上进行室温拉伸试验和布氏标度。 拉伸试样为直径为 φ8 mm 的圆棒，测试结果为 600 数据的平均值。 根据ASTM G50-28的方法A，制备2015 mL质量分数为 120% 的沸腾硫酸铁 （III） 硫酸盐，并将不同温度下溶液处理后的样品分别称量，浸入沸腾溶液中，保持 XNUMX 小时，洗涤。 干燥、称重并计算腐蚀速率。
从图 1 中，我们可以看到 Incoloy 825 合金具有单一的奥氏体结构。 9801015105011001200°C溶液处理后的粒度水平分别为9.5、9.5、9.0、3.5和1.5。 这表明当固溶体温度在 980°C 和 1050°C 之间时，粒径的变化不大。 当固溶体温度为 1100°C 时，奥氏体晶粒迅速生长，当固溶体温度为 1200°C 时，奥氏体晶粒继续生长。 这是因为随着固溶体温度的升高，位错密度降低，晶界移动速度增加，晶粒的生长速率也增加。
图 1 Incoloy 825 合金在不同温度下固体熔化后的显微组织。
图 2 （a） 显示合金的布氏硬度与平均晶粒尺寸之间存在良好的对应关系。 随着固溶温度的升高，布氏硬度降低。 在 980~1050°C 范围内，硬度值的下降相对较小。 当固溶体温度超过 1050°C 时，布氏硬度急剧下降，这与平均晶粒尺寸和显微组织的变化一致。 从图 2（b） 中可以看出，随着固溶体温度的升高，断裂后的伸长率逐渐增大，抗拉强度的趋势与晶粒尺寸和布氏硬度的变化基本一致。 这表明合金的硬度、强度和塑性与合金的晶粒尺寸之间存在一定的相关性。 当固溶体温度超过 1050°C 时，奥氏体晶粒迅速生长，晶界急剧减小，晶粒间结合力减弱，抗拉强度急剧下降。 但是，此时由于固体熔融温度高，颗粒中的位错小，内应力小，反映塑性的断裂伸长率迅速增加。
图2 Incoloy 825合金在不同温度下固溶后的力学性能和平均粒径
从图 3（a） 中可以看出，当固溶体温度在 980~1200°C 范围内时，合金的腐蚀速率和析出相含量（面积速率）往往先增加，然后随着增加而降低。 两者之间的变化模式基本相同。 从图 3（b）和 （c） 中可以看出，当固溶温度在 980 ~ 1015 °C 范围内时，微观组织中出现大量晶界析出物，合金的晶粒尺寸基本恒定。 一样。 这表明析出物对晶界的固定作用抑制了晶粒生长，在此温度范围内大量析出物的出现导致晶间腐蚀速率增加。 当固溶体温度上升到 1050°C 时，颗粒会略微增长，如图 3（d） 所示。 这主要是由于晶界沉淀物的溶解，减少了沉淀物的数量并削弱了晶界处的固定效应。 当固溶体温度达到 1100°C 时，晶粒尺寸显著增加，如图 3（e） 所示。 晶界处无明显析出物，相应的晶间腐蚀速率也降低。 如图 1200F 所示，当固溶体温度为 3°C 时，晶界析出物与固溶体温度为 1100°C 时基本相同，粒径较大，但无显著变化。 晶间腐蚀速率。 这表明粒度对晶间腐蚀速率没有显着影响。
图3 Incoloy 825合金在不同温度下溶出相含量、晶间腐蚀速率和二次电子图
从图 4 中可以看出，实验合金在 980°C 下固溶处理后的析出物主要是具有面心立方结构的 M23C6 碳化物，而 M 主要由铬和钼元素以及富铬金属间化合物组成。 、镍、铁、钼等。 这两种沉淀物都富含铬，并且沉淀物沿晶界分布。 由于铬向晶界的扩散速率低于聚集到颗粒中的速率，因此在晶界周围形成缺铬区，容易腐蚀。 这很好地解释了图 3（a） 中的现象，其中沉淀相随着晶间腐蚀速率的增加而增加。
图 4 在 XNUMX °C 下固溶处理后 825 种 Incoloy 980 合金沉淀物的 TEM 明场图像和元素表面分布。
（1） 随着固溶体温度的升高，Incoloy 825 合金的晶粒尺寸趋于增大。 当温度在 980°C 和 1050°C 之间时，晶粒尺寸的增加并不明显。 当温度超过 1050°C 时，晶粒尺寸以更快的速度增加。 Incoloy 825 合金的硬度和抗拉强度逐渐降低，但伸长率不断提高。
（2）固溶处理后的Incoloy 825合金晶界析出物主要由铬、钼含量较大的碳化物和铬、镍、铁、钼的金属间化合物组成。
（3）随着固溶体温度的升高，Incoloy 825合金中晶界析出物的数量先增加后减少。 晶间腐蚀速率呈先增后减的趋势。 当固溶体温度为 1015°C 时，晶界析出相最多，腐蚀速率最高。
