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

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