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Inconel 718高溫合金是一種鎳鉻鐵基合金，由于具有良好的高溫力學性能、可焊性和耐腐蝕而廣泛應用于核、航天和石化行業(yè)。Inconel 718高溫合金由多組分、多相組成，主要強化相為γ、γ’、γ”、δ相，主要強化階段為γ”相，輔助強化階段為γ’相。在一定的溫度范圍內(nèi)，γ’相有序增強，屈服強度隨溫度的升高而增大。亞穩(wěn)態(tài)γ”相熱穩(wěn)定性較差，在一定條件下可轉(zhuǎn)變?yōu)?delta;相；在650℃以上的時效和變形過程中，將加速γ”相向δ相的轉(zhuǎn)變。針狀δ相通過釘扎效應阻礙晶界的遷移，抑制晶粒的生長。目前如何控制Inconel 718合金中相的數(shù)量和分布仍是一個難題。已有多名學者研究脈沖電流對鎳基高溫合金的影響，但是關于大電流對Inconel 718微觀結(jié)構(gòu)、相演化和力學行為影響的研究較少。

蘭州理工大學的一項最新研究探討了直流電流對Inconel 718微觀組織和力學行為的影響，分析了Inconel 718棒材在自然冷卻至室溫后機械強度的變化。相關論文以題為“Effects of electric current on δ phase evolution and tensile behavior of Inconel 718”發(fā)表在Materials Science & Engineering A。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143886

本研究原料為直徑6.6mm Inconel 718棒材，拉伸試驗試樣在空氣中進行700℃×30min退火處理，而后在通電狀態(tài)下進行拉伸試驗。由于焦耳熱效應，電流分別為85、105、117和130A時，通電30min，試樣最高溫度分別為740、940、968、1010℃。

研究發(fā)現(xiàn)，隨著電流的增加，δ相的面積分數(shù)也隨之增大，說明大電流促進了δ相的析出，這種促進作用部分歸因于試樣溫度升高。將130A通電30min試樣與在780℃熱處理30min試樣進行對比，發(fā)現(xiàn)電流處理的試樣晶粒尺寸（約3.39μm）明顯小于普通熱處理試樣的晶粒尺寸（5.52μm），且電流處理后出現(xiàn)大量孿晶，大部分晶界是大角度晶界，晶粒出現(xiàn)一定旋轉(zhuǎn)，上述作用共同抑制了晶粒長大。

圖1 不同電流處理后的SEM圖

圖2 （a）130A電流處理30min和（b）熱處理780℃×30min IPF圖和晶粒尺寸對比

圖3 不同電流下的工程應力-應變曲線

圖4 不同電流下拉伸試驗斷口SEM圖

圖5 晶內(nèi)和晶界處析出的δ相

拉伸結(jié)果表明，屈服應力先隨電流的增大而增大，達到最高值后隨電流增大而減小，電流處理后試樣表現(xiàn)出更低的延展性，電流在105A以下時，第二相強化是主要強化機制，δ相數(shù)量增加導致強度提升，電流大于105A時，位錯密度下降，由于焦耳熱效應導致材料出現(xiàn)一定程度軟化，減少了位錯與δ相之間的相互作用。

本文證實了用電流能夠調(diào)控Inconel 718合金中δ相的析出，且不引起晶粒尺寸明顯長大，大電流能夠?qū)е戮ЯＰD(zhuǎn)，形成大量的大角度晶界，加速δ相在晶界處的形核和長大，δ相對機械性能有一定影響。本文調(diào)控鎳基高溫合金的微觀結(jié)構(gòu)和力學性能對未來高溫下的應用有一定實際意義。