GH738合金（美国称Waspaloy）是20世纪50年代由美国开发的Ni-Cr-Co基高温合金。该合金在760℃以下具有高的拉伸和持久强度，在870℃以下具有良好的抗氧化性能。同时，其具有良好的强韧化匹配，即在高强度的条件下又具有足够的韧性。目前，已经广泛应用于航空航天、能源和化工装备中。

该合金主要通过固溶强化、γ′相析出（主要为Ni3(Al,Ti)）强化及碳化物强化等综合作用起到强化效果。其中，γ′相强化是合金强化的主要贡献。γ′相的含量决定了合金的强度，合金的抗拉强度和屈服强度均随γ′相含量的增加而提高，而塑性指标却随之降低。同时，对于GH738这类γ′相析出强化合金而言，其晶粒度控制主要依靠预先析出一定数量、一定尺寸的γ′相来钉扎晶界，从而实现晶粒度控制的目的。因此，研究该合金γ′相的溶解规律对于合金组织控制很有意义。

本文首先采用DSC实验分析确定出γ′相的溶解温度范围。随后，基于测定的温度范围选择试验温度，在不同温度下保温处理，研究不同保温温度、不同保温时间下合金中γ′相的溶解情况。最后，通过硬度测试，研究了合金性能随γ′相数量变化情况。

1实验材料与方法

实验采用宝钢特钢生产的GH738合金，棒材直径φ250mm。合金化学成分见表1。

1.1溶解实验

采用线切割加工成20mm×20mm×20mm试样，分别按照如下制度进行保温处理：

1000℃、1020℃、1040℃和1060℃分别保温1h、3h。然后，针对γ′相溶解规律进行研究。

金相试样制备采用机械抛光和电解腐蚀的方法。电解腐蚀方法：在10%铬酸溶液中电解5~10s，直流电压3~5V。γ′相形貌通过场发射扫描电子显微镜进行观察。

1.2硬度测试

采用布氏硬度机，在HBW/2.5、187.5kgf条件下，针对热处理完的试样检验其硬度情况。

2实验结果

2.1γ′相溶解实验结果

2.1.1GH738合金锻态组织

图1所示为该合金锻态下γ′相形貌。由图可见，合金组织中含有大量γ′相，γ′相主要呈近似球形分布于基体中，尺寸大约为150nm，同时在晶界上有连续的碳化物分布（图1（b））。

2.1.2不同温度和时间保温下γ′相的组织变化

如图2为不同温度下分别保温1h、3h后γ′相分布金相照片。可以发现，在1000℃时，组织中含有大量γ′相，但是相比于锻态组织（图1（a））中γ′相含量已经大大减少，这说明已经发生一定溶解。随着温度不断升高，γ′相大量溶解，含量越来越少。当温度达到1040℃时，组织中的γ′相发生不均匀溶解，即有的晶粒中γ′相含量很少，而有的晶粒仍残余大量γ′相，这可能是由于合金组织中γ′相形成元素（Ti、Al）在枝晶干和枝晶间的偏析造成的。而当温度达到1060℃时，组织中的γ′相完全溶解。

图3为在不同温度下分别保温1h、3h，γ′相形貌照片。在1000℃保温1h，γ′相尺寸约为200nm，随着保温时间延长到3h，γ′相长大到400nm左右。在1020℃保温1h，γ′相尺寸约为300nm，保温时间为3h，γ′相长大到400nm左右。在1040℃下处理后，γ′相尺寸最大达到400nm左右。由此可见，当保温时间一定时，随着温度的提高，γ′相尺寸不断增大；而在同一温度下，随着保温时间的延长，γ′相有发生粗化趋势。

2.2γ′相溶解演化对硬度的影响

针对不同保温制度处理的试样进行硬度测试，结果如图4。在相同保温时间下，随着温度提高，材料硬度降低。这一现象的形成主要是保温温度越高，越多的γ′相回溶到基体中，从而是合金硬度降低。在同一温度，保温不同时间，材料的硬度明显降低，而且，这一现象在高温下表现的更加明显。比如，在1060℃分别保温1h和3h，其硬度差值为29；而在1020℃时为10。这主要是两方面原因造成：第一，随着保温时间的延长，越来越多的γ′相回溶。第二，γ′相颗粒随着保温时间延长，不断粗化长大。这一现象与上面的实验结果完全符合。

3结论

对于GH738合金γ′相溶解规律进行研究，同时研究了合金中γ′相溶解演化对合金硬度的影响，现总结规律如下：

（1）在1000℃保温处理，合金中γ′相发生溶解，随着保温时间延长到3h，γ′相尺寸发生粗化长大，达到400nm左右。随着保温温度提高，γ′相溶解的量越来越多。

（2）在1040℃保温处理，组织中γ′相发生不均匀溶解。当温度达到1060℃时，γ′相完全溶解。

（3）合金硬度随着处理温度的提高、保温时间的延长而降低。这主要是γ′相溶解和粗化长大两方面因素造成的。