GH镍基高温合金是我国根据美国国际镍公司生产的Inconel合金仿制而成，广泛应用于隔热层材料、化工厂金属构件、海洋环境及航空航天等领域。通常高温合金中均含有少量C(小于0.1％，质量分数，下同)，熔炼过程中一部分C因真空脱氧而损失，残余C与合金元素Nb、Cr、Mo等形成碳化物而强化晶界；与其他牌号镍基高温合金相比，合金中Al、Ti质量分数有意控制得很低(均小于0.4％)，以减少合金的时效硬化行为，同时提高了合金的焊接性，然而相对于0％来说，保留约0.2％的Al、Ti可以精炼合金，而且℃下蠕变实验表明对合金蠕变性能十分有利。C、A1、Ti活性较高，在高温合金中既是强脱氧剂，又是不可或缺的主要合金元素.然而真空感应熔炼高温合金时，脱氧反应使得与氧亲和力较大的C、Al、Ti质量分数不易控制；元素Al熔点低，在熔炼温度(℃)下饱和蒸汽压(90.5Pa)大，挥发损失严重；且在高真空熔炼过程中C、Al、“等元素与耐火材料之间容易发生化学反应而烧损。众所周知，合金的性能首要取决于成分，所以利用热力学相图计算软件模拟计算，全面了解在GH合金标准成分范围内合金元素C、Al、Ti质量分数变化对析出相的影响十分必要。美国生产的合金中Fe质量分数明显较高，通常大于2％；而国内生产的合金一般不添加Fe元素，由原材料带入约0.5％的Fe元素，二者存在明显差异，所以本文也对不同质量分数的合金元素Fe对相析出规律的影响进行了研究。
国际上主要使用Thermo-Calc软件对镍基高温合金进行热力学平衡相计算，如董建新、刘建强。阳利用Thermo-Calc软件分别研究了合金的相析出规律和新型Ni基高温合金中析出相，为这2种镍基合金的主要析出相和热处理制度的选择提供了理论依据。而英国Sente公司于年推出的金属材料分析模拟软件JMatPro，因其简单实用的特点而被广大科技工作者所接受，如张义文等运用JMatPro软件研究了Hf对FGH97合金平衡相的影响，得到Hf主要存在于γ和MC相中，并且随着Hf质量分数的增大，Hf在γ和MC相中分配不同；田高峰等人利用JMatPro软件对3代粉末高温合金Ren、RenDT、Ren的平衡相析出行为进行了热力学计算与比较研究，发现上述3种合金的平衡相种类基本相同，主要平衡相为γ、γ、碳化物M23C6和MC及硼化物M3B2，但析出量、析出温度及范围存在差别。因此，本文采用JMatPro软件计算GH合金中的多相平衡、平衡相化学组盛同时探讨合金元素C、Al、Ti、Fe质量分数变化对相析出规律的影响。
1。GH合金的平衡相及相组成实验选用GH合金现行的典型化学成分(ω(C)-0.05％，ω(Cr)-21.5％，ω(Mo)-9％，ω(Nb)-3.6％，ω(Fe)-2％，ω(A1)-0.2％，ω(Ti)-0.2％，余量为Ni)进行热力学平衡相计算，得到合金的平衡相种类、析出量和析出温度间的关系，如图1所示，图1b为图1a的局部放大图。由图1可以看出典型成分合金的固相线温度为℃，液相线温度为℃，凝固温度区间为93℃。该合金的主要析出相为基体γ相，Ni2M相，μ相，δ相，μ相及3种碳化物相(MC、M6C、M23C6)，各类相有不同的析出温度。
表1为GH合金主要析出相的化学组成．表1表明，基体γ相的主要成分为Ni，Cr，Mo，Nb，Fe，含有少量的合金元素A1，Ti，C，凝固过程中γ相直接由液相析出；Ni2M相是一种Ni。(Mo，Cr)相，并含有少量Fe元素，析出温度为℃；艿相的主要合金元素为Ni，Nb，组成Ni3M相，并含有少量的Mo，析出温度为℃；一般镍合金中含有大量的W、Mo容易产生肛相，由于GH合金中Mo元素质量分数在9％左右，平衡凝固时会生成肛相，其主要由Mo、Ni、Cr组成；γ是以Ni，Al，Ti为主要合金元素组成的Ni。(A1，Ti)相，且含有大量的Nb，析出温度为℃；MC型碳化物为富Nb的碳化物，直接由液相析出；M6C型碳化物为富Mo碳化物，在～℃析出；M23C6型碳化物含有大量的Cr元素，在℃以下析出。由以上可知，合金元素C主要形成碳化物，因此碳的质量分数必然对碳化物的种类、数量和析出规律有重要影响；A1、Ti主要存在于γ相中，其他相中有微量分布，既起沉淀强化的作用，又有一定的固溶强化效果；合金元素Fe主要分布在了基体中，以固溶形式存在，起到一定的固溶强化作用，在其他各相中也有少量分布。
2化学成分对平衡相析出的影响
2.1C质量分数对相析出规律的影响
固定典型成分的合金中其他合金元素质量分数不变，在标准成分范围内C元素质量分数分别取0.02％，0.04％，0.06％，0.08％，0.10％时，计算得出碳质量分数的变化不改变主要平衡相的类型，且对合金的初熔温度和终熔温度基本无影响，但随着C质量分数的增加，3类碳化物的开始析出温度和析出量均明显增加.通常GH合金中C的质量分数仅有0.05％左右，但其对合金中的析出相，尤其是碳化物的影响十分明显。
图2为各类型碳化物的析出温度和最大析出量随着C质量分数增加的变化规律曲线。从图2a可以看出，在叫(C)一0.02％时，MC的析出温度为℃，当C质量分数从0.04％增加到0.10％时，析出温度从℃提高到℃。析出温度总体上提高了℃，但当C质量分数增加到0.04％以上时，MC的析出温度变化不大，这是由于此时MC直接由液相析出所致；M6C和M23C6的析出温度与C质量分数基本呈线性递增关系，随C质量分数的提高，M6C、M23C型碳化物的析出温度不断上升。M6C的析出温度从ω(C)一0.02％时的℃上升到ω(C)=0.10％时的℃，提高了℃；M23C6的析出温度从ω(C)一0.02％时的℃上升ω(C)一0.10％时的℃，提高了84℃。由图2b可见，随着C质量分数的增加，碳化物的析出量呈现出线性递增的规律。其中MC的质量分数由叫(C)一0.02％时的0.11％增加到ω(C)一0.10％时的0.66％；M6C的质量分数从0.72％上升到2.66％，M23C6质量分数从0.39％升高到1.95％。一般来说，高温合金中残余C形成碳化物具有强烈晶界析出倾向，起到强化晶界的作用，但随着合金中C质量分数的增多，晶界处将会有更多的碳化物析出，大量碳化物聚集长大，粗化成膜，会导致合金韧性的下降，需引起足够重视。
2.2Al、Ti质量分数对相析出规律的影响
高温合金中合金元素A1、Ti主要形成γ相。当典型成分合金中A1元素质量分数从0.1％增加到0.4％时，合金的初熔和终熔温度几乎不变，分别保持在、℃左右。Al质量分数增加到0.4％的过程中，γ的析出温度和最大析出量随Al质量分数的变化如图3a所示。由图得到，Al质量分数分别为0.1％和0.4%时，γ的析出温度分别为、℃，其最大柝出量分别为2.29％、6.36％。可见，γ的析出温度和最大析出量都随合金中Al质量分数的增加而明显上升。图3b为了相析出温度和最大析出量随Ti质量分数的变化，由图可以发现，随着合金中Ti质量分数的提高，γ的析出温度和析出量都有所增加，但对比图3a发现，这种影响效果不如A1质量分数变化的影响显著。
由于Al、Ti活性较高，通常不同厂家、不同炉次冶炼的GH合金，其Al、Ti质量分数都会有所偏差，同时考虑A1和Ti质量分数的变化，对每一炉合金具体的热处理及其热加工工艺至关重要。图4为Al、Ti质量分数分别在0.1％～0.4％变化时，元素Al、Ti对了的析出温度和析出量的共同影响。从图4可以得出，随着A1和Ti质量分数的增加，γ相的析出温度和最大析出量都有所提高.结合图4a、b发现，当A1质量分数为0.1％时，γ相的析出温度和析出量随Ti质量分数的增加先增加后保持不变，当Al质量分数继续增加，γ相的析出温度和析出量几乎随着Ti质量分数的增加呈线性递增。由于γ相的化学成分表达式为Ni3(Al、Ti)，当Al质量分数较低时，仅有的A1和Ti结合，生成了Ni3(Al、Ti)，随着Ti质量分数的进一步增加，合金中没有足够的Al，因此γ的析出温度和析出量几乎不发生变化。当Al和Ti质量分数分别从0.1％上升到0.4％时，γ相的析出温度从℃升高到℃，提高了℃。固溶强化型GH合金中γ相的质量分数虽然很少，但热处理和热加工过程中，丫相的作用不容忽视，正确选择γ相的析出和回熔温度十分重要。
2.3Fe质量分数对相析出规律的影响
高温合金中由于Fe、Ni原子尺寸、晶体结构和电子层结构相近似，能够组成连续固溶体。Fe元素-般分布于基体中，起到固溶强化的作用，其质量分数增加会使固溶强化的作用得以提高，同时也影响对Fe敏感的其他相的析出温度和析出量.固定其他成分不变，Fe质量分数由0.5％增加到5％，发现合金的初熔温度由℃下降到℃，而终熔温度从℃上升到℃，凝固区间增大了9℃，这必然会引起凝固偏析的加剧。由于Ni2M、M6C、M23C6相均含有少量的Fe元素，Fe质量分数变化对Ni2M、M6C、M23C6相的析出温度和析出量影响较大，如图5、6所示。由图5可知，当Fe质量分数为0.5％时，Ni2M的析出温度为℃，最大析出量为79.88％，此时Ni2M相的成分为：ω(Ni)-67.53％，ω(Cr)-25.00%，ω(Mo)-7.08％，ω(Fe)=0.39％；Fe质量分数增加到5％时，Ni2M的析出温度为℃，最大析出量为48.60％，这时平衡相成分为：ω(Ni)-67.65％，ω(Cr)-28.02％，ω(Mo)-3.23％，ω(Fe)-1.1％；析出温度下降了82℃，析出量减少了31.28％。Fe元素的增加使Ni2M相中的Mo元素质量分数有较大流失，这种高熔点合金元素的减少使Ni2M相的析出温度显著下降。图6为Fe质量分数变化对M6C和M23C6析出温度和析出量的影响。从图6a发现，随Fe质量分数增加，M6C的析出温度呈线性减小，而M23C6的析出温度先递减，当Fe质量分数大于3％时基本保持不变。Fe质量分数从0.5％增至5％的过程中，M6C、M23C6相的析出温度从、℃降至、℃，分别下降、℃；图6b显示M6C、M23C6的最大析出量不受Fe质量分数变化的影响，这是因为M6C、M23C6中虽含有少量Fe，但其最大析出量由C质量分数所控制。
3结论
经JMatPro软件计算可知，GH合金中的主要平衡相有基体γ相，Ni2M相，μ相，δ相，γ相以及3类碳化物相(MC、M6C、M23C6)。随着C质量分数增加，3类碳化物的析出温度和最大析出量均有所提高，但当C质量分数增加到0.04％以上时，MC的析出温度无显著变化。Al、Ti质量分数对γ相的析出规律有明显影响，且Al的影响明显大于Ti，当合金中的Al质量分数较少时，随Ti质量分数增加，γ的析出温度和析出量几乎不发生变化。Fe质量分数的增加对Ni2M、M6C、M23C6相的析出温度产生较大影响，随Fe质量分数的升高，Ni2M相的析出温度下降82℃，析出量减少31.28％；M6C、M23C6相的析出温度分别下降、℃，但最大析出量无显著变化。
