Inconel690合金是一種富Cr的(～30%)面心立方結(jié)構(gòu)奧氏體型鎳基合金。它具有優(yōu)良的抗應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕能力和熱穩(wěn)定性，作為換熱管材料被廣泛應(yīng)用于航空、航天和核工業(yè)等行業(yè)。該合金通常采用固溶處理和特殊熱處理(TT處理)?來(lái)提高Inconel690合金的抗應(yīng)力腐蝕能力。在外加機(jī)械載荷作用下690合金將發(fā)生較為嚴(yán)重的磨損，為提高其抗摩擦磨損性能，各種氮化工藝被研究者們引入和嘗試。對(duì)于高Cr含量的不銹鋼，因外表面會(huì)有一層以氧化鉻為主體的鈍化膜阻礙N的滲入，造成滲氮困難，因此采用氣體滲氮法去鈍化膜的工作很繁雜。但在離子滲氮時(shí)由于濺射作用使升溫中的不銹鋼零件表面凈化，又通過(guò)氫離子的還原，容器中殘留氧減少。防止了不銹鋼表面氧化而無(wú)須經(jīng)專門預(yù)處理即可直接滲氮，顯著縮短了滲氮時(shí)間。離子滲氮工藝已經(jīng)成功用于提高鐵基材料的表面硬度并改善其摩擦磨損性能，因此可嘗試?yán)秒x子滲氮來(lái)提高鎳基超合金的摩擦磨損性能。本文將特殊熱處理和滲氮工藝相結(jié)合，討論各工藝對(duì)690合金組織特性的影響。

1?實(shí)驗(yàn)材料和方法

實(shí)驗(yàn)用Inconel690合金主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：Mn 0.30,Cr 28.01,Fe 9.38,Ni 61.85及微量的C、Ti、Al等。根據(jù)資料2,為提高Inconel 690合金的抗應(yīng)力腐蝕的能力，本實(shí)驗(yàn)對(duì)經(jīng)1050 ℃固溶處理和700℃TT處理后，以及僅進(jìn)行1050℃固溶處理的690合金進(jìn)行離子氮化處理。滲氮試驗(yàn)在LD2-50型離子氮化爐中進(jìn)行。氮化溫度為540℃,保溫時(shí)間為8～11h;滲氮?dú)夥諡榘睔?，爐壓控制在300 Pa。

采用SU70熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)觀察形貌及成分分布，浸蝕劑為氯化銅鹽酸水溶液；運(yùn)用GDHV4000型顯微硬度計(jì)測(cè)量硬度；相組成采用Dmax-rc型X射線衍射儀(XRD)分析，以CuKα為射線源。

2?試驗(yàn)結(jié)果與分析

未經(jīng)滲氮處理的原始試樣顯微組織如圖1所示。690合金的組織為奧氏體和少量碳化物，晶粒為等軸晶，因固溶溫度較高，晶內(nèi)碳化物相對(duì)較少，主要在晶界析出，晶粒內(nèi)存在大量孿晶。在合金內(nèi)還有微量淡黃色顆粒(圖1中箭頭所示),多呈塊狀或多邊形，分析成分可知為Ti(C,N)和Al?O?等硬質(zhì)點(diǎn)，在材料中起到“釘扎”效應(yīng)，可提高材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性。

經(jīng)540℃滲氮后690合金的顯微組織如圖2所示，未經(jīng)TT處理試樣滲氮層厚為7μm,而經(jīng)700 ℃TT處理試樣滲氮層厚度為5μm。

從各成分含量可以看出圖2(a)滲層中僅N含量有明顯升高，而Cr、Ni含量幾乎沒(méi)有變化，說(shuō)明滲層中并未形成CrN化合物，而是N固溶于奧氏體中，推測(cè)形成了由亞穩(wěn)并具有面心立方結(jié)構(gòu)的氮過(guò)飽和固溶體(γx相)構(gòu)成的改性層[4,5]

從圖2b中可明顯區(qū)分出滲層與基體，滲層中Cr與N含量變化趨勢(shì)相同，而與Ni含量起伏相反。這可能是由于Cr是強(qiáng)氮化物元素，Cr與N有很強(qiáng)的親和力；而Ni為極弱的氮化物形成元素，幾乎不與N結(jié)合，Cr與N的結(jié)合將Ni排擠或屏蔽，而在富Ni的區(qū)域Cr、N含量相對(duì)較少。同時(shí)由圖3中的成分分析可以推斷經(jīng)滲氮處理后滲層主要是化學(xué)配比接近1:1的Cr的氮化物(CrN)及貧N、Cr的鐵鎳奧氏體(γFeNi)[5]?。

滲氮前后顯微硬度如圖4所示。由圖4可知，滲氮前顯微硬度在190HV;進(jìn)行TT處理后再進(jìn)行滲氮的試樣(圖4中曲線b)表面硬度為380 HV,而未進(jìn)行TT處理便進(jìn)行滲氮的試樣(曲線c)硬度提高幅度較大，表面硬度達(dá)850 HV。

3?結(jié)論

經(jīng)固溶處理和TT處理后的試樣經(jīng)540℃滲氮后Inconel690合金滲氮層以化合物CrN及貧N、Cr的鐵鎳奧氏體(γ-FeNi)為主，滲氮層厚度在5μm左右，滲氮層硬度提高較少，約是基體的1.5倍；而僅經(jīng)固溶處理便進(jìn)行540℃滲氮處理后滲氮層以γx相為主，滲氮層厚度在7μm左右，滲氮層硬度提高較多，約是基體的3.5倍。