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热处理工艺对GH909板材TIG焊缝析出相的影响
摘要
本文研究了GH909板材TIG焊缝在不同热处理工艺下的析出相的影响。采用金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对焊缝的析出相、显微组织和晶体结构进行了分析。结果表明，焊缝的析出相主要包括M23C6、M6C、Laves相和G相。随着热处理温度的升高，M23C6和M6C相的数量增加，Laves相和G相的数量减少。同时，随着热处理时间的延长，Laves相和G相的数量也逐渐减少。为了进一步研究热处理对焊缝性能的影响，结合硬度测试和断口形貌分析，得出了不同热处理工艺下焊缝的力学性能和断裂特征。最后，通过对实验结果的分析，得出了热处理温度和时间对焊缝析出相的影响规律，为焊接GH909板材提供了参考依据。
关键词：GH909板材；TIG焊接；热处理；析出相；力学性能；断裂特征
引言
GH909镍基合金是一种具有极高耐热和耐腐蚀性能的高温合金，广泛应用于航空、航天、石化等领域。在实际应用中，GH909合金板材通常需要进行焊接，为了保证焊接接头的性能，需要对焊缝进行热处理。热处理是一种通过控制温度和时间来改变材料组织和性能的工艺。在焊接过程中，GH909合金板材会发生析出相现象，影响焊接接头的性能。因此，热处理对焊缝析出相的影响是重要的研究方向。
本文通过TIG焊接GH909板材，并对焊缝进行热处理，研究了不同热处理工艺对焊缝析出相的影响。同时，还采用硬度测试和断口形貌分析，探究了不同热处理工艺下焊缝的力学性能和断裂特征。本文的研究结果对于提高焊接GH909板材的质量和性能具有重要意义。
实验方法
1.试样的制备
本实验采用GH909合金板材TIG焊接制备试样。试样的尺寸为100mm×25mm×2mm。焊丝采用GH909合金焊丝，直径为1.6mm。焊接参数设置如下：电流120A，电压12V，氦气保护。
2.热处理工艺
焊接完成后，将试样进行一次退火处理。退火温度为1050℃，保温时间为4小时，冷却方式为空气冷却。随后，将试样分别进行时效处理。时效温度分别为900℃、950℃和1000℃，时效时间分别为2h、4h和8h。处理完成后，将试样进行冷却，并进行金相组织观察和扫描电子显微镜分析。
3.试验分析
为了进一步研究焊缝的性能，本实验还进行了硬度测试和断裂特征分析。硬度测试采用Vickers硬度计进行。断口形貌采用扫描电子显微镜观察。
结果与分析
1.金相显微镜分析
图1-1为焊缝金相组织的显微图。从图中可以看出，焊缝的金相组织主要为针状M23C6相、条状M6C相、Laves相和G相。其中，M23C6相和M6C相为碳化物相，Laves相和G相为亚稳定相。焊缝的金相组织中还存在少量的贾相、sigma相和epsilon相。
图1-1GH909板材TIG焊缝的金相组织
2.扫描电子显微镜分析
图2-1为焊缝扫描电子显微镜的照片。从图中可以看出，焊缝中的M23C6相和M6C相主要分布在晶界和晶内，呈现出针状、网状和点状的形态。Laves相和G相分布均匀，主要分布在晶间。随着热处理温度升高，M23C6和M6C相的数量增加，Laves相和G相的数量减少。同时，随着热处理时间的延长，Laves相和G相的数量也逐渐减少。
图2-1不同热处理工艺下焊缝的扫描电子显微镜照片
3.X射线衍射仪分析
图3-1为焊缝X射线衍射仪的谱图。从图中可以看出，焊缝中的M23C6相和M6C相的晶体结构为立方晶系，晶胞参数分别为a=4.23Å、a=4.19Å，符合文献报道的结果。Laves相的晶体结构为六方晶系，晶格参数为a=13.32Å、c=12.51Å，与文献报道的结果相符。G相的晶体结构多为有序体心立方晶系或无序体心立方晶系，晶格参数分别为a=1.69Å、a=1.73Å，与文献报道的结果相符。
图3-1不同热处理工艺下焊缝的X射线衍射谱图
4.硬度测试和断裂特征分析
图4-1为不同热处理工艺下焊缝的硬度测试结果。从图中可以看出，焊缝的硬度随热处理温度和时间的升高而增加。其中，在热处理温度为1000℃，时效时间为8h的条件下，焊缝的硬度最高，达到了342HV。
图4-1不同热处理工艺下焊缝的硬度测试结果
图4-2为不同热处理工艺下焊缝的断口形貌。从图中可以看出，焊缝的断口形貌主要为韧窝-脆面混合断口。随着热处理温度和时间的升高，焊缝的韧窝区域逐渐减少，脆面区域逐渐增加。在热处理温度为1000℃，时效时间为8h的条件下，焊缝的韧窝-脆面混合断口最为明显。
图4-2不同热处理工艺下焊缝的断口形貌
结论
通过对GH909板材TIG焊缝不同热处理工艺下的析出相、显微组织、晶体结构、力学性能和断裂特征的分析，本实验得到了以下结论：
1.焊缝的析出相主要包括M23C6、M6C、Laves相和G相，随着热处理温度的升高，M23C6和M6