新型钴基高温合金γ和γ′相行为的热力学分析

采用热力学分析方法,对新型钴基高温合金Co-Ni-Al-W-Cr多元系中γ′相的析出规律进行了研究,分析了合金元素Ni,Al,W在γ和γ′相间的分配行为,阐述了Ni在γ和γ′相间的分配系数对合金强化效果的影响规律.结果表明:合金元素Ni明显提高γ′相热力学稳定性,随Ni含量的增加,γ′相的成分范围扩大,定存在温度提高,说明Ni有利于提高Co-Al-W基高温合金的高温性能;计算分析了合金元素在γ和γ′相间分配行为及其对合金强化的影响规律.探明Co-Ni-Al-W-Cr合金中x(Al)/x(W)对合金元素Ni的分配系数KγN′i/γ影响较大,当Al,W原子分数比值为2.60时,KγN′i/γ达到最...     

GH3625合金中析出相的热力学计算

利用JMatPro金属材料相图与性能计算软件和相应的镍基高温合金数据库,计算GH3625合金中析出的平衡相,研究不同合金元素C、Al、Ti、Fe质量分数的变化对主要析出相的影响,并分析各相的析出规律.结果表明:GH3625合金中的主要平衡相有γ相,Ni_2M相,μ相,δ相,γ′相以及3类碳化物相(MC、M6C、M_(23)C_6);C质量分数的增加使3类碳化物的析出温度和最大析出量显著提高,但当C质量分数大于0.04%时,MC的析出温度无显著变化;Al、Ti质量分数的增加对γ′相的析出规律有明显影响,且Al的影响明显大于Ti;Fe质量分数升高对M6C、M_(23)C_6相的析出温度影响显著,分别下降115、102℃,但对碳化物的最大析出量无明显影响,随Fe质量分数的增加,Ni_2M相的析出温度下降82℃,析出量减少31.28%.     

Thermodynamic Analysis of γ and γ＇ Phases in New-Type Co- Based Superalloy

采用热力学分析方法,对新型钴基高温合金Co-Ni-Al-W-Cr多元系中γ′相的析出规律进行了研究,分析了合金元素Ni,Al,W在γ和γ′相间的分配行为,阐述了Ni在γ和γ′相间的分配系数对合金强化效果的影响规律.结果表明：合金元素Ni明显提高γ′相热力学稳定性,随Ni含量的增加,γ′相的成分范围扩大,定存在温度提高,说明Ni有利于提高Co-Al-W基高温合金的高温性能;计算分析了合金元素在γ和γ′相间分配行为及其对合金强化的影响规律.探明Co-Ni-Al-W-Cr合金中x（Al）/x（W）对合金元素Ni的分配系数KγN′i/γ影响较大,当Al,W原子分数比值为2.60时,KγN′i/γ达到最大.所获结果为研发新型钴基高温合金提供了数据支持.     

合金元素对新型镍基粉末高温合金的热力学平衡相析出行为的影响

通过热力学平衡相计算方法,系统研究了某新型镍基粉末高温合金时效温度下合金元素对热力学平衡相析出行为的影响.计算结果表明:René104合金析出的主要平衡相为γ′、MC、M23C6、M3B2和TCP相.Cr和Co含量主要影响TCP相的析出行为及γ′相的析出温度,Cr含量对M23C6和M3B2的析出行为有一定的影响,Cr的建议质量分数为13%;Mo和W含量影响TCP相和M3B2的析出行为.质量比Al/Ti和Nb/Ta影响γ′相的析出行为,建议控制Al/Ti和Nb/Ta比平衡,以使γ′相起到理想的强化效果.C和B含量显著影响碳化物和硼化物的析出量,还可间接抑制TCP相析出;Zr含量对MC和M23C6碳化物的析出有影响;增Co降Cr和调节合金元素含量以获得小的点阵错配度是第3代涡轮盘用粉末冶金高温合金成分优化设计的趋势.     

C含量对一种单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了C含量对一种单晶高温合金组织和持久性能的影响。研究结果表明,随着C含量的增加,合金中γ/γ''共晶组织含量和尺寸减小,碳化物含量增加,其形貌由块状向骨架状和发达骨架状转变,Ta偏析程度降低,Re,W,Mo和Nb偏析程度增加。C含量对热处理后碳化物的形貌几乎无影响。随着C含量的增加,合金在980℃/250 MPa条件下的持久寿命先增加后降低,C质量分数为0.048%时达到最大值。持久过程中,未溶碳化物作为裂纹源缩短了合金的持久寿命。     

700℃以上超超临界电站锅炉过热器管材用典型镍基合金的平衡析出相规律

利用热力学计算软件Thermo--Calc及镍基合金数据库,计算了三种700℃以上超超临界电站用过热器管道材料Inconel740、Inconel617和GH2984合金的热力学平衡相图,并对比了三种材料主要析出相的析出行为.计算结果表明:三种合金主要的析出相包括γ、γ'、碳化物、σ、η、δ、μ及α--Cr等,凝固过程中Mo、Nb和Ti元素偏析严重,会降低合金的初熔点,因此后期均匀化退火处理十分重要.另一方面,750℃时Inconel740合金γ'相析出量大于另外两种合金,并且Al和Ti含量对γ'相和η相析出行为有较大影响.碳化物的计算表明,Inconel617合金一次碳化物与另两种合金不同,并且其二次碳化物的析出温度范围最大.GH2984合金中Fe含量较大时会导致σ相出现,对合金的性能产生不利影响.     

Al元素对310S耐热钢高温压缩性能的影响

通过WS-4非自耗电弧炉熔炼制备Al质量分数2%～10%的耐热不锈钢310S,用Mef3光学金相显微镜和XRD研究其显微组织,采用Thermechastor-W热/力模拟试验机对所制备合金的高温压缩性能进行研究.结果表明,随着Al含量的增加,碳化物由网状转变为细小颗粒组成的不连续网状,最终转变为颗粒状,基体在含Al质量分数大于6%时由γ相转变为α相.不同Al含量的合金流变应力范围基本一致,合金的高温屈服强度由未添加Al元素时的74 MPa先降低至61 MPa后开始升高,在Al质量分数为6%时达到最大值86 MPa,之后高温屈服强度逐渐降低,加Al后合金热加工性能并未显著改善.     

固溶热处理对一种第三代镍基单晶高温合金组织及高温持久性能的影响

研究了固溶热处理对一种Re含量为6.5%(质量分数)的第三代单晶高温合金组织及持久性能的影响,实验结果表明:合金铸态下存在明显的凝固偏析,枝晶间区域存在大量的(γ+γ′)共晶组织。固溶过程中,共晶组织在1 335℃以上开始快速溶解,但难熔元素,尤其是Re元素的偏析需要在1 360℃以上才能有明显改善;经过1 365℃固溶后疏松含量增加至0.21%(体积分数),接近铸态下疏松含量的5.2倍。铸态及经1 360℃和1 365℃固溶热处理后合金的持久性能测试结果显示:固溶热处理显著改善了合金的持久性能,且固溶温度越高,持久性能越高。在高温持久加载过程中,铸态合金的裂纹主要沿枝晶间分布,在(γ+γ′)共晶组织处萌生;当固溶温度较低时,且枝晶干处析出了较多的TCP(topologically close-packed)相,未能充分降低Re元素的偏析可能是导致枝晶干处TCP相大量析出的主要原因;当固溶温度较高时,TCP相析出量较少。     

Waspaloy合金碳化物和γ′相析出规律的热力学计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc对Waspaloy合金中可能析出的平衡相以及元素含量变化对其影响进行了计算分析. 结果表明:碳含量的增加可以明显地提高碳化物的析出量,但对碳化物的析出温度的影响较小;γ′的析出量和析出温度均随Al、Ti含量的增加而增加,Al的影响尤为明显;Ti是MC的主要形成元素,Ti含量的增加可以提高MC的析出量,但对其析出温度无太大影响;M23C6的析出量不受Cr含量的影响,而析出温度却随着Cr含量的增加而提高.     

K465合金的显微组织和性能研究

研究了铸态、热处理态及含0.02%(质量分数)Mg的K465镍基铸造高温合金的显微组织、力学性能.研究结果表明:铸态K465合金组织主要由γ基体、弥散分布的γ′相、(γ+γ′)共晶和碳化物组成,室温平均抗拉强度960MPa,伸长率6.0%,975℃/230MPa条件下平均持久寿命28.1h;经1210℃/4h+空冷的固溶热处理后,晶界MC碳化物部分转变为M6C碳化物,γ′相颗粒尺寸减小到0.1～0.2μm,合金室温平均抗拉强度1055MPa,伸长率4.0%,975℃/230MPa条件下平均持久寿命为50.3h;加入0.02%(质量分数)Mg后,合金中MC碳化物球化,室温平均抗拉强度990MPa...     

M963合金的显微组织和性能

研究了Ｍ９６３合金的组织和力学性能。结果表明,Ｍ９６３合金的高温强度较高,但塑性较低;合金的组织主要由γ基本相、细小γ＇析出相、分布在枝晶间的大块γ＋γ＇共晶以及富Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ的Ｍ－６Ｃ和富Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ的ＭＣ碳化物组成：碳化物呈骨架状、针状分布在枝晶内和断续网状分布在晶界和枝晶间。裂纹在碳化物周围形核并沿碳化物与基体的界面扩展。碳化物的形态严重影响合金的性能,晶界和枝晶间的碳化物膜是造成该合金塑性低的根本原因。     

GH4710合金的相析出特征及其与热加工塑性损伤的关联性

利用Thermal Calc热力学软件、光学金相显微镜、扫描电镜等手段分析了GH4710合金原始态和不同条件热物理模拟变形后的析出相及加工损伤特征,系统研究了析出相特征与该合金热加工塑性损伤及开裂的关联性.结果表明:GH4710合金的原始组织主要由γ’、MC及M₂₃C₆碳化物、γ+γ共晶组织组成;热加工时微孑洞等损伤在MC碳化物及γ+γ共晶组织处形核后沿晶界扩展,最终相互连接导致合金大面积破坏;γ’相优先在MC碳化物及共晶组织附近析出,并通过其共格应力场的作用增加了损伤形核和扩展阻力,使合金在较低温度下的塑性损伤值明显小于高温条件下.     

Ca,Sr对AM80镁合金显微组织和高温蠕变性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和高温蠕变试验机等实验手段研究了碱土元素Ca,Sr对AM80镁合金显微组织和力学性能的影响.结果表明:在AM80合金中复合添加0.2%Sr和0.5%~2.5%Ca,Ca、Sr元素可逐步细化合金的铸态组织,Ca原子与Al原子优先结合在晶界处生成了高熔点相Al2Ca,抑制了低熔点相-βMg17Al12的形成.AM80合金在高温蠕变过程中,-βMg17Al12相在晶界处存在连续析出和非连续析出2种形式.-βMg17Al12相非连续析出并且垂直于晶界,造成合金蠕变性能较差.当在合金中复合添加Ca,Sr后,高熔点相Al2Ca是主要的晶界强化相,替代低熔点的-βMg17Al12相,从而减少-βMg17Al12相的非连续析出,抑制了晶界滑动,改善了合金的高温蠕变性能.当Ca质量分数增加到2.5%时,合金的高温蠕变性能最优.     

Co-Al-W三元合金热处理组织

研究不同Al和W含量对四种Co-Al-W三元合金的初熔温度、热处理组织和硬度的影响. 结果表明:四种Co-Al-W三元合金的固、液相点温度均超过镍基单晶高温合金液相点温度;在1300℃/8h固溶处理后,三种合金均仅得到γ(fcc)单相组织,而高W合金在晶界和晶内均有μ相Co7W6析出;在800℃/100h和900℃/50h时效处理后,四种合金在基体γ相中均析出L12型γ′相Co3(Al,W),其γ+γ′两相组织形貌与镍基高温合金相似;高W(12%)和高Al(12%)合金分别促进了μ相Co7W6和富Al相析出. 综合以上结果并结合时效合金的硬度结果,初步确定了含γ+γ′两相组织的合金成分范围.     

高性能碱土耐热镁合金的显微组织和蠕变性能

利用光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)系统研究了碱土元素Sr和Ca加入Mg-4Al基合金后的显微组织,并测试了其抗蠕变性能. 实验合金的铸态组织均由α-Mg和沿枝晶界分布的第二相组成. 2% Sr加入基体合金中能观察到沿晶界的离异共晶和层片共晶Al4Sr相及块状三元τ相. 2% Ca的加入则形成了晶界层片Mg2Ca共晶和晶内的Al2Ca颗粒. 而在Mg-4Al-2Sr-1Ca中,晶界相为块状τ相和层片状Mg2Ca共晶,晶内也析出Al2Ca颗粒. 在Mg-4Al-2Sr-1Ca基础上提高Al含量,粗大不规则共晶(Mg,Al)2Ca相在晶界处形成并不断增多,Mg2Ca及τ相逐渐减少,当Al含量到7%时,出现了新的细小层片状Al4Sr相. Sr、Ca元素加入Mg-Al合金,改善了合金的抗蠕变性能,其中Mg-5Al-2Sr-1Ca和Mg-6Al-2Sr-1Ca合金显示所有实验合金中最好的蠕变抗力. 根据Power-law公式,在175 ℃/50～80 Mpa和70 Mpa/150～200 ℃蠕变下,Mg-4Al-2Sr合金在较低应力(＜60 Mpa)下蠕变表现为扩散控制的位错攀移机制,而在高应力下出现Power-law公式的失效;Mg-4Al-2Sr-1Ca合金蠕变则受到了扩散控制的位错机制和晶界滑移机制的共同作用.     

粉末高温合金平衡相析出行为的热力学对比

利用热力学平衡相计算方法及相应的高温合金数据库对René95,Rene88DT和эп741нп三种合金在平衡相析出温度范围和析出量以及之间的关联性进行了系统的热力学计算对比分析.结果表明:三种粉末高温合金的平衡相种类基本相同,主要平衡相为γ,γ'和碳化物M23C6,MC,M6C.René95合金中的碳化物含量要高于其他两种合金.3п741нп有着较高的γ'相析出温度和较大的析出量.随温度降低,Co和Nb从γ'相中析出,在其周围富集,其中3п741нп合金中尤为明显.合金元素的偏聚度也和合金的初熔点与终熔点之差的大小有关,其熔解区间越大即初熔点和终熔点之差越大,合金元素的偏聚度越大.     

Al含量对AJC镁合金显微组织和力学性能的影响

以Mg-4Al-2Sr-1Ca合金为基体,在提高合金中Al含量的基础上,配制了不同成分的几种Mg-(4-7)Al-2Sr-1Ca合金.研究了Al含量对Mg-Al-Sr-Ca合金显微组织和力学性能的影响.研究发现,Mg-4Al-2Sr-1Ca合金的主要组成相为α-Mg,沿枝晶界分布的Mg2Ca α-Mg共晶相、Mg-Al-Sr三元相及晶内Al2Ca颗粒相.当Al元素质量分数增大到5%～6%时,合金中出现了(Mg,Al)2Ca相;进一步增大Al元素质量分数至7%,另一种新相Al4Sr相也被观察到.随着Al含量的增大,合金的强度和塑性在室温和高温下都有所上升.在175℃/70MPa和200℃/70MPa下,Mg-5Al-2Sr-1Ca和Mg-6Al-2Sr-1Ca合金表现出了比其他合金更好的高温抗蠕变性能.     

γ'-(Ni1-xCox)3Al1-yTiy合金的力学性能的第一原理研究

通过密度泛函理论计算,研究了γ′-(Ni1-xCox)3Al1-yTiy(0x1,0.05y0.25)合金体系。合金体系的组分无序性采用相干势近似处理。分析合金在任意化学配比下Ti(5-25at.%),Co(0-100at.%)元素对合金力学性能、磁性以及相稳定性的影响。结果表明:随着Ti含量增加,晶格膨胀,弹性常数增大,形成焓降低,使L12结构更加稳定。Al位的Ti组分增加可以提高剪切模量和杨氏模量,Co组分增多会降低二者的数值。计算结果表明Co元素增强合金延展性,Ti元素增强L12相的稳定性。     

Mg-Zn-Al系变形镁合金的显微组织和力学性能

制备了成分基于Mg-(3-5)Zn-(1-3)Al的5种ZA系镁合金,并研究了合金在铸态和热挤压态的显微组织和力学性能.在ZA系列的铸态镁合金中,将zn含量(质量分数)固定在3%,提高Al含量,则第2相由致密的共晶相ε(Mg51Zn20)变成呈典型的离异共晶形貌的T(Mg32(Al,Zn)49)相.在ZA31基础上增加Zn含量没有引起合金显微组织中组成相发生变化,但中间相ε的体积分数增加.在280 ℃温度下的热挤压过程中,合金发生了动态再结晶,组织显著细化,且铸态组织中出现的中间相大部分溶入α-Mg基体.ZA系合金铸锭热挤压后,合金的强度和塑性均得到大幅度改善,其中合金ZA51具有最好的强度和塑性的匹配.结果表明ZA系合金具有良好的热加工性能.     

Ni-Al-B高温形状记忆合金的显微组织和相组成

用光学显微镜、扫描电子显微镜、X—射线衍射仪及能谱仪研究了 Ni— Al—B系高温形状记忆合金的显微组织和相组成 ,结果表明 :合金的铸态室温组织由β相 ,L1 0 马氏体 ,γ′相及γ相组成 .β相呈枝晶形态 ;L1 0 马氏体呈片状 ;γ′相在枝晶间呈不规则形状 ,而在 β相内呈麦穗状 ;γ相与枝晶间 γ′相呈离异共晶组织