Hastelloy C-276哈氏合金固溶与不固溶的区别
C-276哈氏合金经过固溶处理后，其性能和结构会发生显著变化，与未经固溶处理的合金相比，具有以下区别：
性能提升：固溶处理能够显著提高C-276哈氏合金的韧性和可加工性。通过将合金加热到适当的温度，使溶质元素均匀溶解在基体中，可以改善合金的机械性能，使其更加适合进行冷成形加工1。
组织结构：固溶处理后，C-276哈氏合金在光学显微镜下显示为单相奥氏体组织，且晶粒内部一般有退火孪晶存在。这种组织结构的变化有助于提高合金的耐腐蚀性和耐高温性能2。
耐腐蚀性和耐高温性能：固溶处理后的C-276哈氏合金在环境下工作，直接接触具有腐蚀性的溶液，承受高压，并且一次性设计使用寿命长达18年，期间不能破裂。这种性能的提升得益于固溶处理改善了合金的综合性能，包括足够的强度、耐腐蚀性以及良好的塑性2。
热处理过程：固溶处理的热处理过程包括加热到1100℃～1160℃的温度范围，并进行水淬或快速空冷。这个过程有助于消除合金中的应力，提高其耐腐蚀性和机械性能13。
综上所述，C-276哈氏合金经过固溶处理后，其韧性和可加工性得到提高，组织结构变为单相奥氏体，并且耐腐蚀性和耐高温性能得到显著提升，使其在环境下具有更好的使用性能和更长的使用寿命。
Hastelloy C-276(C-276)合金是 Hastelloy 系列合金中的一种,C系列合金为Ni-Cr-Mo合金,而C-276合金是在 Ni-Cr-Mo基础上加入适量的 W,Fe等元素得到的一种固溶强化的面心立方结构的合金,其耐高温和耐腐蚀性能优异.目前,许多研究者对 Haselloy 系列合金进行了研究!1-,包括铸造合金、轧制的板材及粉末冶金热压法制备的Hastlly型合金等,且大多集中于耐蚀性能的研究.C-276合金经过多道次旋压,得到壁厚为0.4 mm的超薄壁管材,超薄壁C-276合金管在极环境下工作,直接接触具有腐蚀性的溶液,承受约210个大气压,并且一次性设计使用寿命18年,期 间不能破裂,因此对管材综合性能有严格的要求: 有足够的强度,耐腐蚀性,良好的塑性等, 以确保其优良的使用性能.通常,C-276 合金在多 道次旋压成形过程中要进行固溶处理改善其加工性能,固溶处理后C-276合金在光学显微镜下显示为单相奥氏体组织,且晶粒内部一般有退火孪晶存在.常采用的固溶处理工艺为(1160±10)
℃,保温时间20 min,水淬.合适的固溶处理工艺除了改善合金加工性能外还能提高退火孪晶()3)的比率,而低 >CSL(coincidence site lattice,重位点阵)晶界比率的提高有利于提高材料的耐腐蚀性能,同时固溶处理对合金的再结晶及晶粒尺寸有显著影响,粗化的晶粒会减少晶界的面积和高能的晶界的含量,从而影响晶界的扩散,进而影响合金的力学性能.同样,固溶处理对成形后超薄管的再结晶、>CSL(重位点阵)晶界特征分布及力学性能也具有显著影响,因此,必须对固溶温度、微观演变和力学性能之间的关系进行研究。本文对旋压成形的壁厚为0.4 mm 超薄管材在不同温度下进行固溶处理,并分析其再结晶、晶界特征分布和力学性能。
1实验材料
实验材料为C-276 合金,合金成分列于表1.合金在强力旋压机上经过3道次旋压,道次减薄率25%~35%,进给率0.6~1.2 mmr,总减薄率为80%,得到壁厚为0.4 mm的超薄壁管材.
将试样分为和200倍率下进行扫描.将试样A,B,C,D按国标制备拉伸试样,每组加工3个.在万能拉伸试验机上进行室温拉伸试验,拉伸速率0.033 mms.测得合金的力学性能,计算每组的平均值.随后在KYKY-2800扫描电镜(SEM)上对拉伸断口进行形貌观察。
2结果与讨论
固溶温度对C-276合金超薄管晶粒尺寸的影响
影响C-276合金超薄管力学性能的因素众多,其中晶粒尺寸和均匀性是不可忽略的重要影响因素,而固溶处理工艺可对晶粒尺寸进行有效的调控"-0.图1中(a~d)所示为试样A,B,C,D 的IPF(inverse pole figure,标准反极图),图1(a~c)观察倍率为800倍,图1(d)观察倍率为200倍从图1中可看出固溶温度由900℃升高到1000℃后,晶粒尺寸略有减小但变化程度不大,图1(b)中晶粒明显比图1(a)中更加均匀;此后,随着固溶温度升高晶粒逐渐长大,图1(c)中晶粒尺寸相比于图1(b)中有明显增大;图1(d)所示IPF图由于放大倍率较小,尺寸与图1(c)相差不大,但从标尺可判断当固溶温度为1200℃时,平均晶粒尺寸约为图1(c)中3~4 倍.采用EBSD中自带的OMI技术对不同固溶温度下C-276合金超薄管晶粒尺寸进行统计,得到各试样对应的晶粒尺寸分布图,如图2所示;统计得到的各试样对应的晶粒平均尺寸分别为7.73,4.12,22.54,77.15 μm.绘制出固溶温度对合金平均晶粒尺寸的影响趋势图,如图3所示.晶粒长大是由于晶界不断向着曲率中心方向迁移,引起小晶粒消失,合并成为尺寸更大的大晶粒,而且晶界迁移过程中会不断平直化,使晶粒凹面变平尺寸增大.晶界迁移需要满足一定能量条件,驱动力通常来自总的界面能的降低,当满足能量条件克服一定势垒后,上述晶界迁移过程得以实现,这可以视为一个热激活的过程晶粒在正常长大过程中,晶界平均迁移速率与温度呈正相关所以固溶温度升高,晶界平均迁移速率加快,在相同固溶时间条件下晶粒尺寸更大.固溶温度900℃时合金再结晶不充分,残留有部分原始组织,这些被拉长的大晶粒原始组织由于再结晶不充分而得到保留-,所以固溶温度为900℃时平均晶粒尺寸要比固溶温度为1000℃时平均晶粒尺寸稍大。
固溶温度对C-276 合金超薄管再结晶的影响
对试样A,B,C,D相邻晶粒取向差进行统计分析,得到不同固溶温度条件下试样晶粒取向差分布图,如图4所示.图4(a)中有明显的小角度晶界存在,而图4(b~d)中无明显小角度晶界.固溶温度为900 ℃时C-276合金的极图如图5所示,极图显示经900℃固溶处理后时合金中无明显织构.而图4(a)中小角度晶界所占比率很高,可认为是存在大量亚晶界所致,说明固溶温度为900℃时合金未充分再结晶"。再结晶区域分布如图6 (a~d)所示,黑色为全再结晶区域,白色为未全再结晶区域,灰色为未再结晶区域.全再结晶区域、未全再结晶区域和未再结晶区域各区域所占比率具体数值列于表2.当固溶温度为900℃时全再结晶比率为65%,随着固溶温度升高,全再结晶比率呈上升趋势,固溶温度达1100℃时,全再结晶比率达到99.4%,已充分再结晶.再结晶是一个形核和长大的过程,静态再结晶形核常见的两种方式为晶界弓出形核和亚晶形核,亚晶形核机制有亚晶合并机制和亚晶迁移机制两种
形式",晶界弓出形核一般在变形量较小(小于20%)时发生,此次旋压成形变形量高达80%,显然不属于原有大角度晶界弓出形核。亚晶形核机制通常发生在变形程度大的金属中,当变形程度大时,晶体中的位错会不断增值引起位错的缠结从而形成胞状的结构,在加热的过程中会引起胞状结构发生平直化从而形成亚晶。通常情况下变形程度大且层错能高的金属多以亚晶合并机制进行形核,而C-276合金为层错能较低的面心立方结
构",这种变形度很大的低层错能金属多以亚晶迁移机制进行形核.由于亚晶界的位错密度较高,位于亚晶界两侧的亚晶之间有较大的位向差,晶界能较高,所以在加热的过程中这些亚晶界很容易发生迁移而逐步转变为大角度晶界,大角度晶界的迁移率远大于小角度晶界的迁移率,可以迅速迁移,迁移过程中会导致路程中的位错被清除,在它后面留下无畸变的晶体以作为再结晶核心使晶粒长大.固溶温度对再结晶速率影响显著,进而对再结晶比率有很大影响
C-276哈氏合金不需要固溶热处理。
C-276哈氏合金是一种改进的锻造C合金，其特点之一是焊接后不需要进行固溶热处理。这种合金能够阻止焊接热影响区的晶界沉淀的形成，使得焊接状态的产品适用于大多数化学工程处理的用途。此外，C-276合金在热处理方面的特性包括固溶处理和焊后热处理。固溶处理涉及将合金加热到1120-1175℃，保持一段时间后快速水冷，这一过程旨在消除加工应力，改善材料的韧性和延展性，同时提高合金的耐腐蚀性。焊后热处理则通常包括在固溶处理后的C-276焊缝上进行870℃左右的去应力退火处理，以降低残余应力，提高焊接接头的综合性能12。
尽管C-276哈氏合金在大多数应用中不需要进行时效处理，但在某些特定的高温环境中，为了进一步提升材料的硬度和抗蠕变性能，可以进行时效处理。典型的时效处理工艺包括将合金加热到800-900℃并保持数小时，然后空冷1。这些特性使得C-276哈氏合金成为一种广泛应用的材料，特别是在需要高度耐腐蚀性的环境中。
