高温合金中的相.doc

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1、高温合金材料的金属间化合物(Inter-metallic compound phase of super-alloy)过渡族金属元素之间形成的化合物。按晶体结构可分两类，一类称几何密排相(GCP相)，另一类称拓扑密排相(TCP相)。1.几何密排相为有序结构，高温合金中常见的有如下几种相:γ’相 化学式是Ni3A1，是Cu3Au型面心立方有序结构。铁基高温合金中γ’与γ基体的点阵错配度一般较小，镍基高温合金中错配度在0.05％～1％之间，随着使用温度升高，错配度减小。由于γ’与γ基体的结构相似，所以γ’相在时效析出时具有弥散均匀形核、共格、质点细而间距小、相界面能低

2、而稳定性高等特点。γ’相本身具有较高的强度并且在一定温度范围内随温度上升而提高，同时具有一定的塑性。这些基本特点使γ’相成为高温合金最主要的强化相。时效析出的γ’相常为方形和球形，个别情况呈片状和胞状，主要取决于析出温度和点阵错配度。错配度较小或析出温度较低时易成球形，错配度大或析出温度高时易成方形，错配度很大而析出温度又较低时可成为片状和胞状。高温时效时，γ’相不仅在晶内弥散析出，还可以在晶界析出链状的方形γ’相。在长期时效和使用过程中，γ’相会聚集长大。铸态的一次(γ+γ’)共晶呈花朵状。γ’相中可以溶入合金元素，钴可以置换镍，钛、钒；铌可以置换铝；而铁、铬、

3、钼可置换镍也可置换铝。γ相中含铌、钽、钨等难熔元素增加，γ’相的强度也增加。当合金中γ’相含量较少时，γ相尺寸大小对强度的影响十分敏感，通常0.1～0.5／xm比较合适。当了’相数量达40％以上时，γ’相尺寸大小对合金强度的影响就不大敏感了，允许有大尺寸的γ’相存在。η相化学式Ni3Ti为密排六方有序相，其组成较固定，不易固溶其他元素.η相可以直接从γ基体中析出，也可以由高钛低铝(Ti/Al≥2．5)合金中亚稳定的Ni3(Al，Ti)相转变而成。η相的金相形态有两种，一种是晶界胞状，另一种为晶内片状或魏氏体形态。高温合金中出现． 因为η相总是伴随着强度下降，因为η

4、相本身既无硬化作用而又要消耗一部分γ’相。合金中减少钛含量，增加铝含量，加入适量硼可以抑止胞状η相。某些铁基高温合金中加硅使生成G相，造成晶界贫γ’区，可明显地抑止η相。η相的析出温度范围为700～950℃左右。冷加工能明显促进η相形成。 γ´´相 化学式为NixNb，体心四方有序结构，金相形貌是圆盘形。γ´´相具有高屈服强度(≈1300MPa)的特点，这是因为γ与γ´´之间的点阵错配度较大，共格应力强化作用显著。γ´´相是亚稳定的过渡相，在高温长期保温下，很容易聚集长大并发生γ´´→δ-Ni3Nb转变，因此使用温度不能超过650～700℃。γ´´相析出温度约为5

5、50～900℃，析出速度较慢，这有助于减少焊缝热影响区时效裂纹倾向，因此用γ´´相强化的合金有良好的焊接性。Ni—Nb二元系中不出现γ´´亚稳定相，而直接形成稳定的δ-Ni3Nb相，只有加入适量的铁和铬才能形成γ´´相。因此，用γ´´相强化的合金都是铁镍基合金。δ-Ni3Nb相Cu3Ti型正交有序结构，金相形貌多数为薄片状，在GH4169合金(中国)中也见到晶界颗粒状的δ-Ni3Nb相，在某些合金中还有胞状δ-Ni3Nb相。该相析出温度约为780～980℃。硅、铌促进δ-Ni3Nb相形成，用钽代替铌可以阻止δ-Ni3Nb相析出。GH4169合金中加入铝、钛可以抑止

6、γ’’→δ-Ni3Nb转变。1.拓扑密排相  晶体结构复杂，原子排列非常紧密，配位数高达14～16，原子间距极短，只存在四面体间隙。高温合金中常见的有如下几种。σ相 属四方点阵，最大配位数为15。σ相的成分范围比较宽，镍基高温合金中为(Cr，Mo)x(Ni，Co)y，式中z、y值在1～7之间，铁基高温合金中常为FeCr(含Mo)型。主要金相形态为颗粒状和片(针)状，数量多时可呈魏氏体组织。σ相常在晶界形核，但也在M23C6颗粒上形核。最快析出的温度范围为750～870C。镍阻止σ相形成，铁、钴、铬、钨、钼、铝、钛、硅都促进。相形成。片(针)状a相是裂纹产生和传布的

7、通道，使合金脆化，有时还降低持久强度。晶界σ相颗粒常引起沿晶断裂，降低冲击韧性。Laves相 有MgCu2型、MgZn2型和MgNi2型3种晶体结构，高温合金中多属MgZn2型。Laves相的化学式为B2A，A为大原子半径元素，B为小原子半径元素。低温时效呈细小颗粒状析出，高温时效时析出常呈短棒状或竹叶状，还有晶界颗粒状。析出温度范围较宽，约为650～1100℃，其上限温度随成分而异。由于Laves相倾向于高温析出，所以可以利用它进行细化晶粒工艺，获得细晶材料。铁基高温合金容易产生Laves相。钨、钼、铌、铝、钛、硅等元素都促进Layes相形成，而镍、碳、硼、锆有

8、抑止Lav