K403镍基高温合金概述
K403合金是一种铸造镍基高温合金。该合金具有较高的高温强度，广泛用于铸造涡喷、涡浆、涡轴和涡扇等系列发动机的导向叶片和工作叶片。γ'相是镍基合金的主要强化相，影响合金的高温性能。K403 合金中有较高含量的p'相形成元素 Al，Ti等，因而合金组织中"'相的体积分数较高。热处理对合金第二相粒子γ'相的形成，形态和稳定性有着重要的影响。探索合适的热处理制度的控制和稳定合金的微观组织，对提高合金的高温性能，有着积极的意义。对 K403 合金已有的研究主要集中于改善合金中温750℃的脆性，提高其中温持久寿。对不同热处理制度下合金组织，尤其是γ'相的变化情况研究较少。
K403高温合金化学成分
K403镍基高温合金化学成分
C
Cr
Ni
Co
W
Mo
Al
0.11~0.18
10~12
余 量
4.5~6.0
4.8~5.5
3.8~4.5
5.3~5.9
Ti
Fe
B
Zr
Ce
Mn
Si
2.3~2.9
≤2.0
0.012~0.022
0.03~0.08
0.01
≤0.5
P
S
Pb
Sb
Bi
Sn
As
≤0.02
≤0.01
≤0.001
≤0.0001
≤0.002
≤0.005
K403镍基高温合金热处理
1）合金经过1140、1180 ℃不完全固溶处理后，组织为大小2种尺寸的γ'相;经过1210℃完全固溶处理后空冷，均匀析出0.2 μm 的p相。随着固溶温度的升高，一次γ相逐渐减少，枝晶组织变得不明显。
2）2）经过1190℃，4h固溶处理后的合金，在 900，940 ℃时效16h后，p'相粒子尺寸变化不大，但排布更加均匀;在980 ℃时效16h后，p'相粒子尺寸变大到0.3～0.6 μm，形态由方形变为不规则，近圆形。时效后，合金的抗拉性能和硬度都得到提高。
3）合金在940℃时效后，获得了相对最大的抗拉强度和室温硬度。推荐K403合金较佳的热处理工艺为1190 ℃,4h,AC+940 ℃,16 h,AC。
镍基高温合金中含有较多的 Al、Ti、Cr、W、Mo 等元素，在长期热暴露过程中容易不同程度地析出TCP相。热暴露过程中 TCP相析出，是考查合金组织稳定的重要方面。K403合金在850和 900℃热暴露条件下，在 MC 碳化物周围和枝晶间有针状的 a相析出，其中在850 ℃下析出较多，这与a相的析出温度范围为 750~975 ℃，而峰值析出温度范围为815~870 ℃相对应。 a相属拓扑密排 TCP相，主要分布在枝晶间、碳化物周围和晶界附近。其原因为该区域富集了促进σ相析出的元素，同时热暴露又为原子扩散和 σ相形核提供了能量条件。而在950 ℃热暴露 50~200h合金无 TCP相（σ相）析出，这可能是由于y'相发生溶解导致基体中 Cr、Mo 等σ相形成元素的浓度降低的缘故。
热暴露温度对拉伸性能的影响
在高温热暴露过程中，K403合金的微观组织发生了非常复杂的演变，包括γ'相粗化、MC碳化物分解、TCP相析出和晶界演变等，这些组织的演变导致合金的力学性能发生变化。随着热暴露温度的升高，合金的抗拉强度降低，其原因主要可归结于γ'相粗化聚集及 TCP 相析出。γ'相作为合金的主要强化相，其形貌、尺寸和体积分数对合金性能起着重要作用。随着热暴露温度的提高，p相粗化越显著，'/两相之间的晶格错配度减小，降低了位错切割y'相的运动阻力，从而导致合金的强度降低，且下降幅度增大;同时在850和 900 ℃热暴露后析出的针状σ相，为硬而脆金属间化合物 TCP相，其析出消耗了起固溶强化作用的难溶元素，一定程度上削弱了合金基体强度。而分布在晶界上的a相，导致沿晶界容易产生裂纹并扩展，出现沿晶断裂，合金强度下降。
K403 合金经 850 和 900℃热暴露析出的针状 σ相，通常为裂纹的发源地与迅速扩展的通道，增大了裂纹形成及连接的几率，有害于合金的塑性;但热暴露使合金中y'相粗化，拓宽了，通道，使得位错运动更加容易，有利于合金的塑性变形，因而随热暴露温度的提高，y'相粗化显著，有益于合金塑性的提高。此外热暴露后合金晶界呈链状，晶内和晶界析出细小颗粒状的碳化物，也降低了裂纹萌生和扩展的倾向，改善了合金的塑性。在y'相粗化、TCP相析出、晶界演变及碳化物分解等因素综合作用下使合金随热暴露温度的提高，塑性呈上升趋势。
