摘    要：文章重点研究了室温轧制和液氮浸泡轧制复合热处理，对 GH3625 合金微观组织和力学性能的影响机制。研究结果显示，液氮浸泡轧制热处理后合金的力学性能较室温轧制热处理有大幅度提升，屈服强度提高了15.8%、抗拉强度提高了 12.4%、延伸率提高了 19.6%。液氮浸泡轧制产生了更细的晶粒尺寸，仅为室温轧制晶粒尺寸的 56.6%，同时液氮浸泡轧制的拉伸断口也由大量的韧窝断口组成，合金具有更为优异的塑性。研究表明，液氮浸泡轧制能够有效细化晶粒尺寸，能大幅增强合金的强度和塑性，实现“高强度—高塑性”GH3625 合金优异性能的结合。

      关键词：液氮浸泡轧制；细晶；高强度；高塑性；GH3625

      GH3625 合金作为具有卓越的高温力学性能、抗腐蚀能力及结构稳定性的镍基高温，是推动航空航天、能源动力等高端装备领域技术革新与产品迭代的关键基础材料[1-2]。随着现代工业装备性能指标持续提升，亟需突破材料性能极限，通过微观组织调控技术，开展兼具超高强度与优良塑性的 GH3625 合金制备技术研究。液氮低温轧制 GH3625 合金在强塑性协同提升方面展现出显著效能，在极低温度工况下，“低温强化效应”驱动合金轧制变形过程中形成更为细密的晶粒结构，同时诱发大量位错增殖与钉扎现象，进而显著增强合金在室温和高温环境下的抗拉强度及屈服强度[3-4]。此外，相较于传统热轧工艺，液氮低温轧制可有效抑制因变形不均引发的内应力集中，减少晶界裂纹等缺陷萌生，避免因强度提升导致的塑性过度衰减，最终达成“高强度-高塑性”的优异性能平衡状态。因此，文章以强化GH3625合金力学性能为主要研究内容，深入对比分析 GH3625合金在室温和液氮低温条件下进行轧制后的力学性能差异及其原理。

      1   实验材料与方法

      将尺寸为 30mm ×50mm ×5mm 的 GH3625 合金，分别进行室温轧制和液氮浸泡轧制处理，变形量设置为60% 。随后对轧制后的两组合金进行 1100℃/15min 热处理，再按照《金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法》GB/T 228.1—2021 标准进行拉伸试验，测试不同状态下合金的力学性能，通过光学显微镜观察晶粒尺寸变化 ，最后通过扫描电子显微镜观察断口形貌。 GH3625 合金成分主要由 Ni、Cr、Mo 和 Nb 组成，其中 Ni为 基 体 元 素 ，Cr 22wt% 、Mo 8.0wt% 、Nb 3.15wt% 、Fe4.5wt%、C 0.08wt%、Si 0.45wt%、Mn 0.45wt%。

      2    实验结果

      2.1   轧制后的力学性能

      首先对原始态 GH3625 合金、室温和液氮浸泡轧制后的 GH3625 合金进行力学性能测试，结果如图 1 所示，原始态合金的强度较低，其屈服强度为 174MPa，抗拉强度为 412MPa，但延伸率较高，为 52%。

      如图 2 所示，经过液氮浸泡轧制后的 GH3625 合金其屈服强度为 1136MPa，抗拉强度为 1150MPa，延伸率为 9.62%。如图 3 所示，经过室温轧制后的 GH3625 合金其屈服强度为 1025MPa，抗拉强度为 1060MPa，延伸率为 7.12%。相对而言，经过液氮浸泡轧制后的 GH3625合金具有更好的强度和塑性。虽然室温轧制的 GH3625合金的强度达到了较高水平，但其塑性较低，难以在实际中应用，因此还需对其进行一定的退火热处理，使其达到高强度和高塑性相结合的目的，使其具备优良的加工性能。

      对室温和液氮浸泡轧制后的 GH3625 合金进行同样的热处理（1100℃/15min），再对其进行拉伸测试，两种工艺下的 GH3625 合金屈服强度下降较多，但塑性得到了大幅度提升。如图 4 所示，室温轧制热处理后的屈服强度为 310 MPa、抗拉强度为 736 MPa、塑性为 45%；如图 5 所示，经过液氮浸泡轧制热处理后的屈服强度为 368 MPa、抗拉强度为 840 MPa、塑性为 56%。综合来看，液氮浸泡轧制复合热处理后的 GH3625 合金样品具有更好的强度和塑性。

      2.2   微观组织

      为分析不同轧制工艺对 GH3625 合金力学性能的调控规律，采用光学显微镜对室温轧制和液氮浸泡轧制复合热处理工艺后的试样进行微观组织表征，结果如图 6 所示，两种工艺处理后的试样均以大量等轴晶和退火孪晶为主要组织形态，但晶粒尺寸存在显著差异：室温轧制试样晶粒尺寸偏大，经 Image-Pro Plus 软件统计分析，其平均晶粒尺寸为 27.4μm；而液氮浸泡轧制试样晶粒明显细化，平均晶粒尺寸降至 15.5μm，仅为前者的 56.6%。

      2.3   断口形貌分析

      室温和液氮浸泡轧制热处理后的拉伸断口 SEM图，如图 7 所示。从图 7（a）中可以看出，室温轧制试样的断口处存在部分裂纹扩展区，同时其韧窝组织数量较少；而图 7（b）中，液氮轧制 + 热处理试样的断口分布着大量的韧窝组织，同时未存在明显的裂纹，进一步表明其具有更优异的塑性。

      3   讨论分析

      结合工艺机理与性能表征结果分析可知：在液氮低温轧制阶段，-196℃的极低温环境对 GH3625 合金的变形行为产生双重调控作用：一方面，低温显著提升位错运动阻力，促使位错快速增殖并形成高密度位错胞结构，为后续组织调控储备充足的缺陷能[5-6]；另一方面，低温环境可有效抑制变形过程中的动态再回复（位错滑移、攀移导致的缺陷消除）与动态再结晶行为，使大量位错缺陷、位错缠结及晶界畸变以“非稳态 ”形式稳定保留于基体中[7-8]。

      在后续的退火热处理过程中，前期保留的高密度位错、位错缠结及晶界畸变区域，为静态再结晶提供了丰富的形核位点，促使再结晶过程以“多形核、小晶粒生长”进行，最终形成平均尺寸仅 15.5μm 的细晶组织。细晶组织的形成同步优化了合金的塑性性能：通过拉伸断口形貌观察发现，该工艺处理后的试样断口分布有大量深而均匀的韧窝组织。韧窝作为金属塑性变形的典型特征，其数量与深度直接反映了材料的塑性水平，大量韧窝的存在表明液氮低温轧制-热处理工艺可在细化晶粒的同时，能有效提升 GH3625 合金的塑性。

      4   结  论

      液氮低温浸泡轧制复合热处理工艺可有效突破传统轧制的晶粒调控局限，实现晶粒尺寸的精准细化；而细晶组织不仅能大幅增强合金的抗拉强度与屈服强度，还能避免强度提升伴随的塑性衰减，形成“高强度 -高塑性”的优异性能组合，这为高性能合金的研究提供了关键的微观结构基础。

参考文献

［1］唐中杰，郭铁明，付迎，等.镍基高温合金的研究现状与发展前景［J］.金属世界，2014（1）：36-40.

［2］梁爽，刘智鑫，李秋鹤.镍基高温合金的发展综述［J］. 山东工业技术，2016（4）：34.

［3］刘晓燕，胡伊繁，李冰伟，等.GH3625 合金的晶粒长大行为及微观组织［J］.材料热处理学报，2025，46（6）：198-205.

［4］李艳，倪颂，陈刚，等.纯镍室温轧制与液氮冷轧的微观结构演变［J］.粉末冶金材料科学与工程，2018，23（6）：575-581.

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［8］Lu Y，Ma R，Wang Y N.Texture evolution and recrystallization behaviors of Cu -Ag alloys subjected to cryogenic rolling［J］. Transactions ofNonferrous Metals Society ofChina，2015，25（9）: 2948-2957.