高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金,它是可以在600~1100℃氧化和燃气腐蚀条件下承受复杂应力、长期可靠工作的一类金属材料。高温合金广泛应用于燃气涡轮发动机热端关键部件,如涡轮盘、涡轮工作叶片、涡轮导向叶片、燃烧室和加力燃烧室的紧固件等。

高温合金大体上可分为固溶强化型和沉淀硬化型两种。其中,A286是目前使用广泛的一类铁基沉淀硬化型高温合金,其可在700℃以下保持较高强度，同时在815℃以下仍具有较高的抗氧化性。该牌号一般在固溶加时效状态下使用,时效制度决定了主强化相v'相[Ni,(Al，Ti)]的形态以及在基体中的分布情况，进而决定材料的各项力学性能。本文主要研究了几种不同的时效工艺对合金性能的影响。

1.试验

本试验原材料为真空感应、真空自耗电极重熔生产的A286进口高温合金丝材,规格为4mm。其合金化学成分见表1，等同于国内材料GH2132。试验使用的设备有真空气淬炉、箱式电阻炉、数控车床、数控无心磨床、数控滚丝机、数显维氏硬度计、金相试样压片机、三思万能电子试验机、德国莱卡DMI500OM金相显微镜等。

所有试验材料统一在982℃进行固溶处理,固溶后按表2所列试验方案进行时效。其中，720℃首段时效使用真空气淬炉，后续时效全部使用箱式电阻炉，材料用硅砂保护。每组方案后一段时效温度总比前一段时效温度低,详见表2。

试验结束后各组材料均制造规格为MJ4的螺钉以及金相硬度试样,测试不同时效制度下材料各项力学性能,并观察不同时效制度下合金的金相组织。

2试验结果和分析

(1)试验结果不同时效制度下材料抗拉强度和硬度值见表3，硬度试验每个试样打三点取平均值。通过对表中数据进行比较,可以看出:I组进行一段时效的合金强度、硬度比所有多段时效后的合金强度、硬度都低;对I组、Ⅱ组、IⅣ组、VI组进行对比，可看出随着时效段数的增加,合金的强度、硬度都随着时效段数的增加而提高，而对I组、Ⅲ组、V组进行对比，同样可以发现这个趋势;对Ⅱ组、Ⅲ组的数据或对Ⅳ组、V组的数据进行对比,可发现当使用较低的时效温度时,可获得较高强度、硬度;对比Ⅲ组和Ⅳ组数据可看出,采用720℃+650℃两段时效制度,合金强度高于采用720℃+680℃+650℃三段时效制度，应注意Ⅲ组第二段时效温度比Ⅳ组低,同时参考V组和VI组数据,可发现类似的结果，即第二段时效选用650℃的三段时效制度,合金强度高于第二段选用680℃的四段时效制度。

为便于观察合金强度、硬度的变化趋势，现将表3数据作图比较,如图1所示，720℃一段时效,合金强度、硬度均为最小值,对于强度值而言，二段时效强度比一段时效提升较多，二段以后随着时效段数增加，强度值提升趋于缓慢，且随着时效温度提高，强度值有下降趋势;对于硬度值而言，一段及二段时效制度硬度值提升较少，二段到三段提升较大，三段以后趋于平稳，且采用较低时效温度可获得较高硬度。

A286作为高温合金材料，主要在高温环境下，为测试时效制度对材料高温性能的影响，每组试样取3件按技术标准进行了高温持久试验。试验样本为MJ4规格的螺钉，螺纹应力面积为9.517mm'，施加约450MPa的应力,即4.28kN的载荷,样本在(650士2)℃温度下保持受载,试验结果见表4。从表中可见所有试样在23h内均未发生断裂,符合相关技术标准的规定，说明多段时效制度对合金高温持久性能没有不利影响。

产品有时会在交变轴向载荷或复杂循环应力下工作,因此还进行了疲劳性能试验。疲劳试验参数按照产品通用技术条件要求,每组试样取3件进行。具体参数为:高载3.5kN,低载0.35kN，进行拉-拉疲劳试验,试验频率100Hz以下，试验结果见表5。技术标准规定平均循环次数应达到65000次，且单件至少达到45000次。本次疲劳试验为节约成本，进行至70000次后直接停止,所有试样在70000次循环后均未破坏,证明疲劳性能均合格，多段时效不影响疲劳性能。

观察Ⅰ组、Ⅱ组、Ⅳ组、V组热处理试样的金相组织，如图2所示。图2a~图2d分别是上述四组试样放大100倍后的组织，经过与标准晶粒度评级图进行对比，四组试样的晶粒度都在6~7级。由此可以看出，时效制度对合金晶粒度并无明显影响。

(1)A286高温合金采用多段时效，可有效增加v基体中主强化相v′相含量,提高高温合金强度和硬度。

(2）在时效段数相同的情况下,采用较低的时效温度,可获得更加细小而弥散的第二相颗粒，获得更好的强化效果。

(3）时效段数的增加对合金硬度的提升比对合金强度的提升更明显,合金强度对时效温度更敏感一些。

(4)时效温度和段数对高温合金的品粒度影响不明显、同时对合金的疲劳和高温持久性能不会产生不利影响。

(5）增加时效段数、降低后续时效温度也可作为高温合金生产中,弥补产品强度不合格的补救措施。