碳化物强化铁基变形高温合金(carbide strengthening wrought iron-base superalloy)

借助析出碳化物进行强化的铁基变形高温合金。典型碳化物强化铁基变形高温合金见表。

中国主要碳化物强化铁基变形高温合金有GH1040和GH2036。GH1040合金是20世纪60年代应用的铁基变形高温合金，具有一定的热强性、良好的组织稳定性和焊接性能，曾用于工作温度650℃以下的航空发动机的涡轮盘、轴和紧固件。GH2036合金具有良好的物理和力学性能，并有很好的切削加工性能。该合金使用温度较低，但用量比较大，用途也较广，直至20世纪90年代还用于工作温度600～650℃的航空发动机的涡轮盘、承力环和紧固件，也用作柴油机、汽轮机的增压涡轮叶片和其他高温部件。英、美典型碳化物强化铁基变形高温合金中，N-155和S-590合金含有大量钴，价格昂贵，所以在中国没有广泛应用。另一类合金如19-9DL、G-188和16-25-6合金是通过温加工来促进碳化物析出强化。由于温加工所造成的组织不稳定，限制了这类合金在更高温度下使用。

成分特点   GH2036合金是一种节镍型的铁基变形高温合金，主要借助时效析出的V¢和M₂₃C₆碳化物(见高温合金材料的间隙相)进行强化，同时也加入钼、钒、铌等元素固溶强化。图1示出了形成碳化物强化的主要元素碳、钒、钼、铌含量对合金性能的影响。钒含量增加使高度弥散分布的主要强化相VC(颗粒尺寸从0.001到0.02μm)数量增多，从而导致强度升高。钼除作为主要固溶强化元素外，还进入M₂₃C₆碳化物中，其化学成分为(Cr_0.50Fe_0.30V_0.10Mo_0.08)₂₃C₆，可促进碳化物强化效应。铌过量时易生成大块的一次NbC或Nb(C，N)夹杂而带来不利影响。为了使VC碳化物相充分发挥强化效应，要将V/C的比值控制在4～4.2之间。

热处理    在碳化物强化的铁基变形高温合金中，除合理控制碳化物形成元素以外，适当的热处理制度是获得良好综合力学性能的关键。图2是GH2036在1140℃固溶处理后不同温度时效时碳化物的析出特征。高度稳定的NbC无析出行为，保持恒定的数量。主要强化相VC的析出峰在750℃，而M₂₃C₆的析出峰处于950℃。为了获得强度和塑性良好的配合，GH2036合金在固溶处理后，首先采用670℃左右的低温一次时效，获得足够的强度，然后再在770℃左右高温进行二次时效，析出一部分M₂₃C₆，并使VC相聚集长大，得到良好的综合能。