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NCF3015合金是一种铁镍基,时效强化型气阀合金,合金从成本节约和绿色环保的角度出发,严格控制合金中Ni含量,调整Ti/Al 比和其他元素配比,增加合金中强化相γ’的析出,从而达到较高的性能要求,该合金将被考虑作为昂贵的镍基合金Nimonic 80A和Inconel 751的替代品,应用在发动机气阀中。目前,NCF3015合金已经在欧美等国家上市,且反应良好,因此,我国考虑将其国产化。本文通过Thermo-Calc热力学计算软件,对合金成分进行优化,设计9种不同的元素配比,得到合金元素变化时对平衡态析出相的影响,最终确定合理的合金元素范围。通过Gleeble-3800D热模拟试验机得到合金的最佳热加工工艺。采用SEM,TEM,EBSD,XRD等手段以及力学性能测试得到合金在不同热处理制度和长时时效过程中的组织演变规律和性能变化情况。计算发现,NCF3015合金中的主要析出相为Laves相、γ"相、γ’相、σ相MC 相,各元素应控制在:Cr 13.5%～14.5%,Ni+Al+Ti 32%+1.9%+2.6%附近。控制Mo元素0.4～0.7%,Nb元素0.6%,计算得到的均为平衡状态下的析出相,实际材料中的析出相将以实验验证的析出相为准。研究证明,在应变速率为0.1s-1,温度超过1000℃,在真应变小于0.7时,材料的软化过程大于硬化行为,真应变大于0.7时,材料硬化行为占主导;在应变速率为1s-1和10s-1时,材料发生以动态再结晶为主的动态软化过程。NCF3015合金适宜热加工温度区间为1050～1150℃,应变速率为 0.1s-1～0.39s-1。基于 Arrhennius 方程,得到 NCF3015气阀合金的热变形激活能为Q=242.785kJ·mol-1。在变形速率为1s-1时,相比950℃温度下,1200℃变形后小角度晶界减少了 34%,大角度晶界增加了 66%。NCF3015合金随着固溶温度的升高,晶界处的片层状析出出现部分回溶的现象。同时合金强度降低,硬度略有下降,韧性为先升高后降低。随着时效温度的升高,晶内γ’相发生粗化,晶界处的片层状析出增加。随时效温度升高,强度先升高后下降,塑性和韧性持续下降,硬度略有增加。随着时效时间的增加,强化相γ’相在晶内呈球状稳定析出,强度增加,塑性和韧性下降,硬度略有提高。NCF3015合金中的γ’有两种形态,晶内γ’相呈球状析出且结构稳定,晶界处γ’相呈针簇状并向晶内延伸长大,γ’相与γ基体满足的共格位相关系为(100)γ ||(100)γ,&[022]γ ||[022]%,,时效100h时γ’相数量是未时效试样中的3.7倍,时效至2000h,γ’相数量变化甚微,仅增加0.24%,此时γ’相变化主要集中在晶核长大。在700℃时效至500h,NCF3015合金中开始析出σ相,使韧性发生骤降,时效2000h的质量分数可达0.305%,是500h时的2.4倍。NCF3015合金在时效过程中塑性持续下降,强度呈先升高后降低的趋势,1000h时抗拉强度最高为1361 MPa。