The Effect of Solution Treatment Temperature on the Primary γ′ Phase and the Grain Structure in GH4251 Alloy

Tian Peiyu; Wang Hanxu; Li Xinyu

doi:10.20057/j.1003-8620.2025-00025

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The Effect of Solution Treatment Temperature on the Primary γ′ Phase and the Grain Structure in GH4251 Alloy

Forming and Phase Transition | 更新时间：2025-09-11

- The Effect of Solution Treatment Temperature on the Primary γ′ Phase and the Grain Structure in GH4251 Alloy
- Special Steel Vol. 46, Issue 5, Pages: 96-103(2025)
- 作者机构：
  
  宝武特种冶金有限公司，上海201900
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2025-00025
  CLC： TG113
- Received：06 February 2025，
  
  Revised：2025-03-13，
  
  Accepted：13 March 2025，
  
  Published：30 September 2025
- 稿件说明：
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田沛玉,王晗旭,李新宇.固溶温度对GH4251合金中一次γ′相和晶粒组织的影响[J].特殊钢,2025,46(05):96-103.

Tian Peiyu,Wang Hanxu,Li Xinyu.The Effect of Solution Treatment Temperature on the Primary γ′ Phase and the Grain Structure in GH4251 Alloy[J].Special Steel,2025,46(05):96-103.
田沛玉,王晗旭,李新宇.固溶温度对GH4251合金中一次γ′相和晶粒组织的影响[J].特殊钢,2025,46(05):96-103. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00025.

Tian Peiyu,Wang Hanxu,Li Xinyu.The Effect of Solution Treatment Temperature on the Primary γ′ Phase and the Grain Structure in GH4251 Alloy[J].Special Steel,2025,46(05):96-103. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00025.

摘要

固溶温度是调控高温合金析出相和晶粒组织的重要因素。本研究通过设计不同固溶温度研究了一种新型镍基变形高温合金GH4251的晶粒组织和一次γ′相，采用多尺度表征分析研究了固溶温度对微观组织的影响。结果表明，晶粒尺寸和一次γ′相含量随着固溶温度增加显著减少。尤其是在过固溶温度下，一次γ′相几乎被全部溶解，晶界失去钉扎力，导致晶粒粗大，造成拉伸强度和塑性显著下降。通过对GH4251合金一次γ′相等效颗粒半径

及含量

的统计分析，并进行数据拟合获得了一次γ′相的这两个参数和平均晶粒尺寸之间的关系。从原子扩散的角度讨论了GH4251合金中的一次γ′相溶解行为，发现一次γ′相的γ′/γ界面存在Cr和Co的富集及Al、Ti和Ta的贫化。在溶质元素富集和弹性应力场的相互作用下，一次γ′相边缘凸起，逐渐脱离形成小尺寸的γ′，较高的固溶温度加速了该过程，最终导致一次γ′相溶解消失。

Abstract

Solution treatment temperature is a critical factor in regulating the precipitate and grain structure of superalloys. In this study， different solution treatment temperatures were applied to investigate the grain structure and the primary γ′ phase of a novel deformed nickel-based superalloy GH4251. The effects of solution treatment temperature on the microstructure were analyzed using multi-scale characterization analysis. The results show that both grain size and the volume fraction of primary γ′ phase decrease significantly with increasing solution treatment temperature. Particularly at the over-solid solution temperature， the primary γ′ phase is nearly entirely dissolved， causing the grain boundaries to lose their pinning force， which results in grain coarsening and a significant decrease in tensile strength and ductility. The increase in grain size is the primary cause of the reduced room-temperature tensile properties of the alloy. Statistical analysis of the equivalent particle radius （

） and volume fraction （

） of the primary γ′ phase in GH4251 was conducted， and data fitting was used to establish the relationship between these two parameters and the average grain size. The dissolution behavior of the primary γ′ phase in GH4251 alloy was analyzed from the perspective of atomic diffusion. It was observed that the γ′/γ interface of the primary γ′ ph

ase exhibited enrichment of Cr and Co alongside depletion of Al， Ti， and Ta. Under the combined influence of solute element enrichment and the elastic stress field， the edges of the primary γ′ phase protruded， gradually detaching to form smaller γ′ particles. The elevated solid solution temperature accelerated this process， ultimately leading to the complete dissolution of the primary γ′ phase.

关键词

Keywords

references

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