鎳屬于面心立方結構，組織穩(wěn)定性較高，在各種溫度下不發(fā)生同素異構轉變，與鐵素體組織相比具有更高的高溫強度。除此之外，在650～1000℃之間擁有良好的斷裂韌度、抗疲勞以及優(yōu)異的抗氧化、耐腐蝕、高電阻和熱穩(wěn)定性等綜合性能。50Cr-50Ni合金不僅具有強度高、硬度高、耐蝕性優(yōu)異、可焊性良好等特點，廣泛應用于焊接、醫(yī)學、化工等領域。該材料一般用作焊接粉末，但因塑性差等問題，使其應用范圍受到了很大的限制。本文針對50Cr-50Ni合金性能進行研究，研究不同固溶時間對該合金的組織與力學性能的影響，并探索提高其塑性的方法。

　　01試驗材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　試驗材料為鑄態(tài)合金50Cr-50Ni，主要化學成分及力學性能見表1。

　　1.2 固溶溫度確定

　　在50Cr-50Ni鑄態(tài)合金塊上利用線切割切取?3mm×4mm尺寸試樣，并用1500號砂紙打磨掉氧化層，使用無水乙醇清洗表面，使用電吹風機吹干，在STA-449C-Jupiter設備上進行DSC分析。以30℃/min的速度從室溫升溫到1000 ℃，然后以6℃/min 的速率加熱至目標溫度，保溫15min左右后以6℃/min 降溫至1000℃，再以30℃/min 降至室溫。整個加熱、保溫和冷卻過程保持氮氣充盈，得到50Cr-50Ni合金的DSC熔化曲線，如圖1所示。

　　采用起始溫度外推方法得到合金的固相線溫度為1221℃。當溫度升到1194℃ 時出現第一個吸熱峰，證明該區(qū)域為析出相固溶時的溫度。因此，以1190 ℃為起始溫度，并以每次降低5 ℃的溫度梯度分別對合金做固溶處理，固溶時間為1h。對不同溫度下的固溶試樣進行微觀表征，結果如圖2所示。當固溶溫度為1190 ℃時，微觀形貌中可以觀察到較大的熔池，見圖2(a);當固溶溫度為1185℃，仍發(fā)現有熔池存在，見圖2(b);而隨著固溶溫度降到1180℃，熔池現象消失，說明在該溫度下沒有發(fā)生局部熔融現象，因此，選擇合金的固溶溫度為1180℃。

　　1.3 固溶處理

　　固溶處理是將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分固溶后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。為獲得更好的性能，選擇最佳的固溶處理方案，在確定合金的固溶處理溫度后，對固溶處理時間展開研究。將鑄態(tài)合金塊采用線切割的方式加工成不同試驗要求的樣塊和拉伸試樣，拉伸試樣如圖3所示。將試樣放置于固溶爐中，以10℃/min的速度升溫到1180℃，分別保溫2、3和4h后取出水冷，待試樣冷卻到室溫備用。

　　1.4 組織觀察和力學性能測試

　　固溶處理后的試樣經鑲嵌、依次進行打磨、拋光和化學腐蝕后， 使用Lei caDMRD光學顯微鏡和S-3400N型掃描電鏡進行微觀組織形貌觀察。試樣的侵蝕劑為王水(25mL濃硝酸+75mL濃鹽酸)，腐蝕時間40～50s。

　　在WDW-110型電子萬能試驗機上進行室溫拉伸試驗，以0.1mm/min的拉伸速率對試樣進行拉伸，直至所有試樣拉至斷裂后結束。每組拉伸參數下采用最少2根平行試樣進行拉伸試驗，最終的拉伸性能結果為同一試驗參數下所測結果的平均值。試驗后的試樣置于盛滿酒精的燒杯中進行超聲清洗，在S-3400N型掃描電鏡下觀察其斷口形貌。

　　采用洛氏硬度計對試樣進行硬度測量。將經過固溶處理的試樣線切割成10mm ×10mm×10mm試樣，用砂紙從粗砂打磨至細砂，直至表面光滑，將試樣放在洛氏硬度計的載物平面上，施加載荷588N，載荷時間10s。在試樣上選取5個不同點進行硬度試驗，5個點選取距離盡量均勻，最后對測定值取平均值作為該試樣的洛氏硬度。

　　1.5 電化學腐蝕試驗

　　采用VSP-300型電化學臺架進行電化學腐蝕試驗。使用三電極系統，試驗樣品為工作電極，參比電極為飽和甘汞電極，鉑作為輔助電極。樣品的工作區(qū)域是10mm×10mm，在測試之前對樣品進行預處理，然后用砂紙對樣品的工作面進行研磨和機械研磨拋光后，用酒精清潔并用電吹風機吹干，不腐蝕的表面則用環(huán)氧樹脂進行封堵。測試使用的溶液是3.5%NaCl溶液，在室溫下進行，對極化曲線進行測試，其掃描區(qū)間在-1.2～1.2V之間，掃描速率為1mV/s。

　　02試驗結果與分析

　　2.1 金相觀察

　　研究表明，固溶處理在很大程度上影響合金的顯微組織。圖4為50Cr-50Ni合金不同時間固溶處理后的合金的顯微組織。由圖4(a)可見，經過1180℃固溶2h 后合金的析出相呈細小的長條顆粒狀，分布在晶界附近。絕大多數析出相基本回溶至基體中，只有少數過大的析出相保留。由圖4(b) 可見，經過1180℃固溶3h后，析出相與固溶2h時相比幾乎沒有減少，可以看出固溶2h后合金為過飽和固溶體。固溶3h后，晶界附近的析出相開始合并粗化，非晶界附近的析出相與固溶2h相比無明顯減少，較大的析出相甚至發(fā)生了跨晶界合并。由圖4(c)可見，經過1180℃固溶4h后，析出相再次呈現扁條顆粒狀出現，密度較大，有明顯的晶粒合并粗化現象，晶界上也出現了析出相，且并非所有晶界附近都存在析出相，析出相分布更加的雜亂無章。

　　2.2 SEM分析

　　圖5(a,d)為合金在1180℃下固溶2h 后的微觀組織SEM 照片，可以看到晶界上有析出相存在，在晶界附近存在細小的棒狀析出相，析出相并未全部溶于基體。圖5(b，e)為固溶3h后的微觀組織SEM照片。晶界上細小的析出相大多回溶到基體中，晶界周圍的棒狀析出相變成棱角分明的方形析出相，開始聚集融合，出現團聚長大現象，散亂析出相的數量開始減少，且析出相仍聚集在晶界附近，少部分與晶界以及另一側析出相溶合。圖5(c，f)為固溶4h后的微觀組織SEM照片。固溶4h時的方形析出相大多數聚集到一起，變?yōu)楦执蟮姆叫挝龀鱿?，大尺寸析出相數量仍然較多，固溶效果不再增加，甚至出現下降。從圖5中不同時間固溶處理后試樣中析出相的形貌可以看出，2h固溶處理較為合適。

　　2.3 拉伸試驗及斷口觀察

　　圖6為不同時間固溶處理后50Cr-50Ni合金的拉伸性能。從圖6以看出，合金抗拉強度與固溶時間呈正相關關系，即抗拉強度隨固溶時間的提高而增加。當固溶時間為4h時，抗拉強度為597.83MPa，比固溶2h和3h時的抗拉強度分別提高100MPa和60MPa，而斷后伸長率與固溶時間呈負相關關系，斷后伸長率從固溶2h時的3.8%降到了固溶4h時的3.27%，合金的塑性隨著固溶時間的增加不斷下降，但下降幅度較小。

　　為分析材料的斷裂機制，對各組試樣的拉伸斷口進行SEM形貌分析。從圖7的斷口照片來看，斷口形貌主要為臺階式的斷層，似河流花樣，這些斷面可能是由于裂紋沿晶界擴展引起的，根據觀察到的斷口形貌，試樣的斷裂機制為韌脆混合型斷裂。從圖7(a)中可以觀察到，固溶2h 試樣的斷裂面存在少量的韌窩，并在周圍伴隨著較明顯的撕裂棱，相對其它兩個固溶時間較長的試樣，其韌性略好一些。因此，增加固溶處理時間會使50Cr-50Ni合金的塑性降低。

　　2.4 硬度

　　經不同時間固溶處理后，50Cr-50Ni合金的硬度發(fā)生明顯變化。固溶時間為2h時，合金硬度較低，僅有29HRC;固溶時間為3h時，合金硬度達到35HRC;固溶時間為4h時，硬度達到了39HRC。由此可見，延長固溶處理時間可顯著提高合金的硬度。

　　2.5 電化學腐蝕性能

　　2.5.1 極化曲線

　　圖8為50Cr-50Ni合金經不同時間固溶處理后在3.5%NaCl溶液中的極化曲線。由圖8可知，外測電流密度隨電位的增加而減小，說明在陰極極化時，溶氧會向外擴散。試驗的最后，用電化學工作站自帶的擬合軟件進行分析，可以通過試驗數據得到本次試驗相對應的自腐蝕電位和自腐蝕電流密度，結果見表2。

　　由表2可知，合金經過1180℃ 固溶3h 后，自腐蝕電位較2h固溶處理的較低，自腐蝕電流密度較大，耐蝕性適中。合金經過1180℃固溶4h后，自腐蝕電位最低，自腐蝕電流密度最大，耐蝕性較差，表明隨著固溶時間的增加合金耐蝕性降低。

　　2.5.2 電化學腐蝕SEM形貌

　　圖9為50Cr-50Ni合金經過電化學腐蝕(陽極極化)后通過SEM觀察到的表面腐蝕形貌。從圖9(a)可以看出，經過2h 固溶處理的試樣，極化試驗后表面出現輕微開裂，腐蝕不嚴重。從圖9(b)可以看出，當合金固溶處理3h后，陽極極化試驗后的表面出現少量裂紋，表面凹凸不平，凸顯析出物的分布形貌，腐蝕加重，合金被輕微破壞。從圖9(c)可以看出，當合金固溶處理4h 后，經過陽極極化試驗后，合金表面存在大量的裂紋，表面斑駁不平，腐蝕嚴重。因此，在1180℃ 固溶溫度下，隨著固溶時間的增加，50Cr-50Ni合金的耐蝕性顯著下降。

　　03結論

　　(1) 50Cr-50Ni合金在1180℃下經過不同固溶時間處理，隨著固溶時間越長，合金的塑性降低，抗拉強度和硬度提高。合金經過固溶處理2h后，斷后伸長率為3.80，抗拉強度為497.83MPa，硬度較低，僅有29HRC;當固溶時間為4h時，斷后伸長率為3.27%，抗拉強度為597.83MPa，硬度達到了39HRC。

　　(2)50Cr-50Ni合金在1180℃下經過不同時間固溶處理，隨著固溶時間增加，自腐蝕電位降低，自腐蝕電流密度增大，耐蝕性變差。合金經過2h固溶后，自腐蝕電位為-0.412V(vs SCE)，自腐蝕電流密度為0.32nA·cm-2;經過4h固溶處理后，自腐蝕電位為-0.821V，自腐蝕電流密度為63.00nA·cm-2。