1、提高鎳基材料NC15Fe合金屈服強度研究丁陽 縱海 王德泰（上海電氣核電設備有限公司，上海，201306）摘要：針對提高鎳基材料NC15Fe合金屈服強度的問題，提出采用固溶處理加時效處理來提高NC15Fe合金屈服強度的試驗工藝，分析并討論了不同固溶時效處理工藝對NC15Fe合金的組織及力學性能的影響；還提出通過冷變形加工來強化NC15Fe合金的工藝方案，研究了冷加工強化對NC15Fe合金組織及性能的影響；試驗研究結果表明：經固溶處理加時效處理工藝不能很好地解決提高NC15Fe合金屈服強度偏低的問題，而通過冷加工加回火處理工藝可以很好地解決這一問題。關鍵詞：NC15Fe，固溶處理，時效處理，冷加

2、工，屈服強度Study on improving the yield strength of NC15Fe nickel alloy DING Yang, ZONG Hai, WANG De-tai(Shanghai electric nuclear power equipment co.,ltd, Shanghai 201306, China)Abstract: Testing process to improve the yield strength of NC15Fe nickel alloy was presented. The influence of different solut

3、ion heat treatment and aging process on the microstructure and properties of NC15Fe alloy parts was analyzed and discussed. The process of cold working to strengthen NC15Fe alloy parts was also studied. The results showed that the problem of low yield strength of NC15Fe alloy parts couldn't be s

4、olved through solution heat treatment and aging process; The problem might be solved via cold working in combination with tempering.Key words: NC15Fe; Solution heat treatment; aging; cold working; yield strength.0 前言NC15Fe合金是鎳-鉻-鐵基合金，具有良好的耐高溫腐蝕和抗氧化性能、優良的冷熱加工和焊接性能，在700以下具有滿意的熱強性和高的塑性等特點，考慮其優良的綜合性能，NC

5、15Fe合金被應用于核電產品。由于核電產品對材料各種使用性能的要求非常嚴格，如果實際中發現NC15Fe合金零件屈服強度偏低時，一定要采取必要的處理措施加以解決。通常采用固溶加時效處理的方法和冷加工強化的工藝方法來提高屈服強度，本文就這兩種工藝方案分別進行大量的試驗研究，分析并討論不同工藝方案對材料組織和性能的影響，找到提高NC15Fe合金屈服強度的方法。1 實驗部分1.1 試驗材料及設備試驗材料采用NC15Fe合金材料，最終形態固溶狀態、直徑為10mm的棒材，其化學成分如表1所示。表2所示為交貨態材料常溫力學性能數據，由表2可以看出，該合金的屈服強度僅為226MPa。實驗主要設備：直讀光譜儀，

6、箱式節能電阻爐，10t全數字高低溫材料試驗機，2100B型全自動維氏硬度計，金相制樣設備機，金相顯微鏡，能譜儀。1.2 試驗工藝條件表3所示為NC15Fe合金零件強化試驗工藝，其中固溶處理保溫時間一般按板厚1mm/2min來控制1。_ 收稿日期：作者簡介：丁陽(1987)，男，上海，助理工程師，學士，主要從事金屬材料相關工作表1 NC15Fe合金材料的主要成分（wt%）Table 1 Chemical composition of NC15Fe alloy（wt%）CMnPSSiCrNiCuTiFeAl0.0110.330.0070.00050.3715.475.30.0140.158.10.

7、16表2 NC15Fe合金零件力學性能數據Table 2 Mechanical properties of NC15Fe alloy溫度（）屈服強度(MPa)抗拉強度(MPa)延伸率硬度（HV）2022663353186表3 試樣強化試驗工藝Table 3 Strengthening process of samples序號試驗工藝1冷加工+800，20min回火處理2950，15min固溶處理3950，15min固溶處理+730，65h時效處理41030，15min固溶處理51030，15min固溶處理+700，17h時效處理1.3 試驗及結果分析1.3.1 顯微組織觀察圖1所示為按表3中所

8、列NC15Fe合金零件強化試驗工藝得到的試樣顯微組織圖。圖2所示為金相組織中多邊形區域的能譜分析圖，可以看出，多邊形區域為氮化物。圖3所示為金相組織中小黑點能譜分析圖，能譜分析結果顯示為碳化物。圖1(a)為NC15Fe合金零件交貨態顯微組織，近似為等軸晶粒，晶粒比較小；圖1(b)所示為冷加工強化后試樣的顯微組織，可以看到，冷加工后原來的近似等軸晶粒發生變形，因此強度、硬度升高，塑性下降；圖1(c) 、(d)、 (e)、(f)為固溶時效處理后試樣顯微組織圖，可以看出，固溶處理后晶粒變大，表現為均勻的等軸晶粒，固溶處理后再時效處理的晶粒相對于僅固溶處理的晶粒要大，另外，固溶處理溫度越高，晶粒也越粗

9、大。晶粒越大，強度將會越小。同時由圖1可以看出，固溶處理后，氮化物和碳化物仍然存在，時效處理后，組織中仍然有穩定的氮化物和碳化物，固溶時效處理后并沒有明顯的第二相析出。 注：(a)交貨態；(b)冷加工+800，20min回火；(c)950，15min固溶處理；(d) 950，15min固溶+730，65h時效處理；(e) 1030，15min固溶；(f) 1030，15min固溶+700，17h時效。圖1 NC15Fe合金試樣顯微組織圖Fig.1 Microstructure of NC15Fe alloy圖2 氮化物能譜分析圖Fig 2 Energy spectrum of nitride圖

10、3 碳化物能譜分析圖Fig 3 Energy spectrum of of carbide1.3.2 固溶時效處理工藝和冷加工強化工藝對NC15Fe合金屈服強度的影響按照表3所示試樣強化試驗工藝進行試驗，得到的NC15Fe合金屈服強度數據如表4所示。由表4可以看出，通過固溶時效處理的方法不能有效提高合金零件的屈服強度。同時，由表4還可以看出，隨著固溶溫度的增加，屈服強度呈下降趨勢。因為固溶時效強化工藝是：固溶得到過飽和固溶體，然后時效處理使得過飽和固溶體中均勻析出-相或碳化物以提高強度。而由以上顯微分析和能譜分析，固溶時效處理后并沒有明顯的第二相析出，因此，通過固溶時效處理并不能達到強化材料的

11、目的。而采用冷加工強化工藝則可以有效提高合金屈服強度，使合金零件達到使用要求。冷加工強化機理是：鋼材冷加工至塑性變形后，由于塑性變形區域內的晶粒產生相對滑移，致使滑移面處的晶粒破碎，晶格歪扭，畸變加劇，從而阻礙其進一步滑移，因而屈服強度提高，塑性和韌性降低。表4 不同試驗工藝的試樣屈服強度Table 4 Yield strength of different testing technology序號試驗工藝屈服強度(MPa)1冷加工+800，20min回火處理2562950，15min固溶處理2333950，15min固溶處理+730，65h時效處理21541030，15min固溶處理22351030，15min固溶處理+700，17h時效處理2222 結論(1) 針對鎳基材料NC15Fe合金零件屈服強度偏低的問題，設計了固溶時效處理工藝和冷加工強化工藝兩種試驗工藝方案；(2) 固溶時效處理后晶粒變粗大，表現為均勻的等軸晶粒，固溶處理溫度越高，晶粒越粗大，隨著固溶溫度的增加，屈服強度呈下降趨勢。同時，固溶時效處理前后，氮化物和碳化物皆穩定存在，固溶時效處理后并沒有明顯的第二相析出，因而通過固溶時效處理并不能達到