铸造K4169合金与美国Inconel718合金成分基本相同,是以体心四方γ"相和面心立方γ’相沉淀强化的铁-镍基高温合金,在-253～700℃温度范围内有良好的综合性能,但使用温度超过650℃时,合金中的主要强化相γ"会与基体失去共格,聚集粗化长大继而向稳定的δ相转变,导致合金的强度、塑性等一系列性能迅速下降。高温合金的性能主要取决于它的化学成分和组织,国内外研究工作者尝试通过调整Al、Ti、Nb、Fe、Mo、Cr、Ta、W等主要合金元素含量以期获得更好的组织稳定性和更高的使用温度。但是,K4169合金中除了上述主要合金元素外还含有少量的Co和微量的Zr、Cu等元素,这些元素对合金组织和性能也会造成一定的影响。目前这些元素在K4169合金中的作用还不是很清楚,因此有必要进行深入研究和分析。本文以K4169合金为研究对象,利用手工电弧炉熔炼制备了14种不同Al、Co、Zr、Cu含量的合金,并采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子探针、X射线衍射和力学性能测试等方法,研究了Al、Co、Zr、Cu对铸态、标准热处理态以及长时时效态合金组织和力学性能的影响,着重研究了这些元素对合金晶界和晶内析出相的影响,得到以下主要结论:(1)合金中Co的加入量从0.1wt%增加到0.3wt%时,促使Mo、Ti、Nb等元素向晶界偏析。因此Co强烈促进合金铸态组织中Laves相的析出,缩小合金枝晶间偏析区,降低Nb、Mo、Ti在基体中的溶解度而提高这些元素在Laves相中的浓度;Co的加入提高了Laves相初熔温度,而使合金的熔点稍有降低。(2)同时调整合金中Al和Co的加入量时,由于Al减轻Nb、Mo、Ti的偏析,因此Al和Co的交互作用减少了Laves相的析出且基本不改变Laves相初熔温度,降低了合金的熔点。合金经标准热处理后,Al和Co之间的交互作用减小了Co对合金晶界析出相的不利影响,并且使晶内析出相以纳米多晶的形式析出,晶内析出相呈球形,但没能形成γ′/γ″包覆组织。在长时时效过程中,Al和Co的交互作用增加了γ″相的稳定性,降低了合金晶内析出相的粗化程度。(3)Zr促进碳原子向晶界偏聚,因而促进晶界碳化物析出,同时Zr促进Nb、Mo等原子向MC中偏聚,抑制了晶界Laves相的析出。Zr的加入提高了Laves相初熔温度,降低了合金的熔点。Zr强烈改变γ′和γ″相析出形貌和大小。在长时时效过程中,Zr的加入可以提高γ″相的高温稳定性;当Zr质量分数为0.03wt%时,合金中形成了γ′/γ″包覆组织,没有形成盘片状δ相。(4)Cu促进Nb、Mo等元素的偏析,因此强烈促进Laves相的析出;Cu的加入降低了Laves相初熔温度,同时降低了合金的熔点。Cu的加入改变了γ″相和γ′的析出形貌,随着Cu质量分数的增加,γ″相尺寸呈先增加后减小的趋势;在长时时效过程中Cu有抑制γ″相向δ相转变的作用,即Cu增加了γ″相的稳定性。(5)单独调整Co的加入量对K4169合金室温硬度的影响较小但降低了合金的屈服强度;同时调整合金中Al和Co的加入量时,Al含量的增加提高了合金的硬度和屈服强度,但在长期时效过程中出现了过时效,导致合金硬度降低了;Zr的加入降低了合金的硬度和屈服强度;Cu的加入也降低了合金的硬度和屈服强度。综上所述,对于K4169合金来说,Co的含量要严格控制;Al的加入量可以适当提高,本文中Al含量为1.1wt%时合金的组织和性能较好;Zr对合金晶内析出相的改善是有利的,但综合考虑晶界析出相及合金的性能,Zr的加入量应小于0.03wt%;考虑Cu促进Laves相的析出以及Cu增加γ″相的稳定性,Cu在K4169合金中可以适量存在,但含量应控制在0.1wt%左右为宜。