热处理工艺对MGH956合金冷轧板材再结晶的影响

摘要：本文研究了退火工艺参数及再结晶退火前长时预退火处理对MGH956冷轧板材再结晶组织的影响。采用光学显微镜对冷轧态板材在1100-1350℃、5-240min等温退火组织的检验结果表明：退火工艺参数对板材完全再结晶的组织形貌和晶粒尺寸无明显影响；提高退火温度和延长保温时间有利于板材充分实现再结晶，但易于基体中微孔的聚集和长大。根据实验结果，制定了再结晶退火工艺规范。

关键词：MGH956；冷轧板材；热处理；再结晶

MGH956合金能否获得优异的高温蠕变强度，取决于退火过程能否充分再结晶，形成具有一定形状的粗晶组织，但为追求充分再结晶，一味地提高退火温度和延长保温时间不仅费时费力，且合金基体中的微孔会发生聚集和长大不利于综合性能。此外，粗晶组织MGH956合金虽具有最优异的高温持久强度，但其韧脆转变温度(DBTT)高达室温以上，非常不利于室温成型加工等工艺性能的稳定性，甚至使用的可靠性。已有研究表明，细化MGH956板材的再结晶晶粒可将其DBTT降低到0℃以下。出于为工程应用提供更宽泛选择的考虑，开展细化晶粒工艺途径的研究具有实际意义。本文系统地评价了退火温度和保温时间对MGH956冷轧板材再结晶组织形貌和晶粒尺寸的影响，并根据实验结果，制定了MGH956冷轧板材的再结晶退火工艺规范。

1 实验材料及方法

采用机械合金化(MA)工艺加工出MGH956合金粉，热等静压(HIP)将合金粉固实化成合金锭，再经热锻成待轧板坯。以交叉轧制(CrossRolling)的方式，先热后冷将板坯轧成厚度为1.0mm的板材。板材的冷轧为单向，并将此方向定义为板材的纵向。MGH956合金的名义成分（质量分数/%）：Fe-20Cr-5Al-0.5Ti-0.5Y2O3。采用Leica MEF4A型金相显微镜对冷轧态板材在1100-1350℃、5-240min等温退火后的组织（如无特别注明均为纵向剖面）进行检验。金相浸蚀剂为（体积分数）：10% HNO3+10%HF+80%H2O。

2 实验结果与分析

板材经不同温度(1100-1350℃)、不同保温时间(5-240min)的退火组织示于图1和图2。

由图1可以看到，在1100℃，保温60min，再结晶首先出现在靠近板材表层区域（图中箭头所指处），但随保温时间延长直到240min，再结晶的数量和范围并未显示出明显增加和扩大的趋势，说明在此温度，初始再结晶形成以后，缺乏长大动力，再结晶处于停顿状态；在1150℃和1200℃。这种状况依然保持，只是随温度提高，初始再结晶的数量和范围有所增加和扩大。

由图2可以看到，当温度提高到1250℃，再结晶进程随保温时间延长可继续发展，但仍比较缓慢，在长达240min的保温后仍未完成；只有到1300℃，再结晶进程明显加快，保温60min既可完成；而在1350℃，再结晶进程则非常迅速，保温15min已基本完成，30min则充分实现。

上述结果表明：第一，虽然MGH956冷轧板材初始再结晶温度不是很高（1100℃，见图1），但完全再结晶的温度很高（1300℃以上，见图2），在1250℃及以下，仅通过延长保温时间很难实现完全再结晶。第二，从1250℃到1350℃，随退火温度提高，再结晶进程显著加快，延长保温时间也有利于充分再结晶，但它们对板材完全再结晶后的组织形貌和晶粒尺寸并未产生明显影响，换句话说，提高退火温度和延长保温时间不能明显改变在更低的退火温度和更短的保温时间既可充分再结晶的组织形貌和晶粒尺寸（对比图2中1350℃*15min与1350℃*30min，及图2中1300℃*60min与图3中1325℃*60min的退火组织）。第三，因合金基体中的微孔高温将发生聚集，并长大成可观察得到的孔洞，通过对比可以看到，随退火温度提高，或保温时间延长，基体中孔洞的数量和尺寸明显增多和长大（对比图2中1300℃*60min与1350℃*30min，及1350℃*15min与1350℃*30min的退火组织）。根据上述实验结果，为保证MGH956冷轧板材即能充分再结晶，又要尽可能减少和缩小基体中孔洞的数量和尺寸，并兼顾实际操作的效率和设备能力，将MGH956冷轧板材再结晶退火工艺确定为：1325℃*60min。图3显示出1325℃*60min退火后板材三个面的组织，结果表明：再结晶充分，形貌为典型的盘状粗晶组织，基体中孔洞的数量和尺寸也得到了较合理的控制。