交替磁场处理提升UGTC47高温合金抗蠕变性能与显微组织稳定性的机理研究

本文创新性地采用交替磁场（AMF）辅助热处理技术，显著优化了镍基高温合金UGTC47的显微组织：γ'相平均尺寸从0.25 μm增至0.36 μm，体积分数提升至62.3%，残余共晶含量降低72%。通过透射电镜揭示AMF诱导纳米级次生γ'相在γ相通道形成，位错网络分布优化使980°C/205 MPa条件下蠕变寿命延长19.3%，为航空发动机关键部件材料性能提升提供新策略。

　　

Highlight

交替磁场（AMF）热处理后，UGTC47合金的残余共晶分数从0.72%降至0.21%，γ'相平均尺寸从0.25 μm增长到0.36 μm，体积分数提升至62.3%。蠕变测试显示经AMF处理的样品在980°C/205 MPa条件下寿命从171小时延长至204小时。

微观结构

铸态UGTC47合金呈现γ'相、碳化物和向日葵状共晶的三相结构（图3a-c）。AMF处理后，枝晶间元素偏析系数降低，γ'相形成元素（Al、Ti、Ta）在γ'相中的分配系数显著提高。

元素偏析与再分布

AMF通过加速元素扩散速率，促使γ'相形成元素从枝晶间区域向枝晶核心迁移。电子探针分析显示，Ta元素的偏析比从1.82降至1.31，Al元素从1.43降至1.17，实现更均匀的微观组织。

位错演化机制

未经AMF处理的样品中，位错网络主要聚集在γ/γ'界面，并伴随贯穿整个γ'相的堆垛层错。这些缺陷阻碍位错运动，提高临界分切应力。AMF处理后，γ相通道内形成纳米级次生γ'相，位错网络同时出现在界面和γ通道内，有效阻挡位错迁移。

结论

(1) AMF热处理显著降低残余共晶含量并优化γ'相尺寸分布；

(2) 纳米析出相和位错网络重构是蠕变性能提升的关键机制；

(3) 该方法为高合金化镍基高温合金的热处理工艺创新提供新思路。