N元素对FGH96高温合金析出相的影响

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,计算了含N与不含N时FGH96高温合金中可能的平衡析出相,并用Scheil-Gulliver凝固模型对两种合金进行了凝固模拟.对两种合金的计算结果进行比较,从热力学角度分析研究了N对FGH96高温合金中析出相的影响.结果表明,N元素主要影响一次碳化物的析出行为,而对其他相的析出影响很小;在含有少量N的FGH96合金中,在液相线温度以上可析出Ti、N为主要成分的M(C,N)相,而不含N时,只有当固相率达到70％时才会从残余液相中析出MC型碳化物.由计算得出的一次碳化物的成分变化结果,并结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出以TiN为主要成分的M(C,N)相,随后的MC型碳化物会在其表面析出,形成以TiN为核心的一次碳化物.     

FGH96合金中γ′和碳化物相平衡计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc及相应的Ni基数据库对FGH96粉末高温合金中可能析出的平衡相进行计算,并分析元素含量在允许范围内的波动对主要析出相γ′和碳化物析出行为的影响。结果表明:FGH96合金析出的平衡相有γ′、MC、M23C6、MB2、M3B2和TCP相。Al、Ti和Nb含量的增加会显著提高γ′相的固溶温度及析出量;合金中碳化物的析出量及MC的析出温度主要受到碳含量的影响,Al和Nb含量的变化对碳化物的析出温度有着显著影响,其中Al含量的影响尤为明显。     

粉末高温合金原始颗粒边界与MC型碳化物溶解度的关系

原始颗粒边界(PPB)是在粉末加热固结过程中MC型碳化物在颗粒边界析出造成的,利用扫描电镜(SEM)和电子探针X射线显微分析仪(EPMA)研究了 MC型碳化物在镍基高温合金中的溶解度与粉末高温合金中原始颗粒边界(PPB)的关系.结果表明:强碳化物形成元素(Ti、Zr、Hf、Nb、Ta)对应的MC型碳化物在镍与镍基高温合金中的溶解度顺序为:TiC＞NbC＞TaC＞ZrC＞HfC,同时温度越高MC型碳化物的溶解度越大;在镍基高温合金中溶解度较大的TiC容易在粉末高温合金的PPB上析出,而溶解度较小的TaC则避免了这种现象.未添加Ta元素的FGH4098合金中原始颗粒边界(PPB)上的MC型碳化物主要为TiC;添加Ta元素的FGH4098合金,制粉过程中会在粉末颗粒内部析出更多的含Ta的MC'型碳化物,在随后的热等静压过程中,这种MC'碳化物转变成为更高稳定性的MC型碳化物(Ta,Ti,Nb)C.(Ta,Ti,Nb)C存在富Ti的核心,Ti和C元素被"固定"在了碳化物中,阻碍了 MC型碳化物在PPB上析出.     

Hf和Zr含量对FGH96合金平衡相及PPB的影响

采用材料热力学计算软件Thermo-calc,计算了FGH96合金中的平衡相,并结合显微组织观察、能谱和相分析,探讨Hf、Zr含量对γ’相和碳化物的影响,及对消除PPB的作用。结果表明:Hf和Zr不会导致产生新相,主要影响MC和γ’相的析出行为与成分。Hf和Zr能显著改变MC型碳化物的组分,增加其热力学稳定性和数量,促进MC型碳化物在合金中的均匀分布,抑制MC向M23C6转变;Hf还可以参与形成γ’相,增加其数量。Hf、Zr有助于消除FGH96合金中的原始颗粒边界(PPB)。     

FH96高温合合金的凝固过程及元素平衡分配系数的研究

基于Scheil-Gulliver凝固模型,采用热力学计算软件Thermo-Calce及相应的Ni基数据库,对FGH96高温合金的凝固过程进行了热力学模拟计算,以揭示FGH96合金凝固过程中各相的析出规律,及凝固过程中各元素的偏析行为;并用Scheil-Gulliver方程对残余液相中各合金元素的质量分数随固相分数的变化进行回归,得到了各元素的平衡分配系数.结果表明,在FGH96合金凝固过程中,当固相分数达到0.7、0.94、0.98时由残余液相中分别开始析出MC型碳化物、TCP相、γ′相;B、C、Mo、Nb、Ti、Zr、Si的平衡分配系数小于1,而Co、Cr、W、Fe、Al的平衡分配系数大于1.     

铪对FGH4097合金系热力学平衡析出相和原始颗粒边界的影响

为消除粉末冶金高温合金FGH4097中存在的原始颗粒边界(PPB),采用Thermo-Calc热力学计算软件对FGH4097合金系进行热力学计算,并进行相应的组织观察与能谱分析,重点研究了铪(Hf)在FGH4097合金中的分布规律以及Hf对析出相的影响,特别是分析了Hf对合金中PPB的影响规律。结果表明,FGH4097合金中Hf主要存在于MC、MB2和γ’相中,Hf能促进MC相和γ’相的析出,有效地抑制M6C和M23C6型碳化物的形成。Hf质量分数为0.30%时消除了FGH4097合金中的PPB。     

新型难变形高温合金эк151的组织特征及平衡析出相热力学计算

利用场发射扫描电子显微镜对其铸态组织进行了观察,并通过热力学计算,对该合金中成分对平衡相析出的影响规律进行了研究。结果表明,эк151合金凝固过程中,Mo、Nb和Ti等元素在枝晶间偏析,并形成大量γ′+γ共晶相。合金主要析出相为大量的γ′相、少量的一次、二次碳化物和硼化物以及μ相。其中强化相γ′多成立方状,800℃下平衡态质量分数含量高达50%左右。当成分在规定范围波动时,对熔点影响最大的为Cr、Mo、Nb和Ti;而Al、Ti和Nb含量变化均会影响到γ′相的析出量及析出温度;Cr、Mo含量变化还会影响到二次碳化物的种类,Ti、Nb、C虽然是一次碳化物MC的主要形成元素,但是成分范围内对其析出温度影响并不明显。影响μ相析出温度和析出量的主要成分为Cr、Mo和W。     

微合金化S355钢的第二相析出行为

采用Thermo-Calc软件,分析了S355钢连铸坯在200~1600℃温度范围内第二相粒子的析出行为,并利用扫描电镜(SEM)与透射电镜(TEM)观察确认了S355钢铸坯中析出物的形貌、类型与析出位置。结果表明:S355钢中含Ti、含Nb以及含V的第二相析出温度依次降低,且氮化物析出温度普遍高于碳化物;S355钢在高温阶段易形成典型的Nb Ti复合析出相,在低温阶段易在晶界与位错附近形成纳米级Nb C;S355钢析出相的开始析出温度分别为:1388℃(Ti N)、1100℃(Nb N/Nb C)、1080℃(Ti C)、936℃(Al N)和900℃(VNC).     

FGH96合金粉末的俄歇分析及预热处理

针对等离子旋转电极工艺制备的FGH96合金粉末,采用俄歇电子能谱对合金粉末的颗粒表面进行成分分析,并利用透射电镜对预热处理后粉末中的碳化物演变进行研究。结果表明:FGH96合金粉末的颗粒表面明显存在O、C和Ti元素的偏聚,原始合金粉末的颗粒表面由O和C原子吸附层和富含Ti元素的碳氧化物层组成;经过预热处理,颗粒中形成于快速凝固过程中的MC′亚稳碳化物转变成稳定的MC碳化物,并析出M23C6碳化物,明显改善了颗粒内碳化物的稳定性和分布状态。     

预处理过程中FGH96合金粉末中的碳化物演变

采用扫描电镜、透射电镜等手段研究了预处理前后FGH96合金粉末颗粒中的碳化物演变。结果表明:粉末在快速凝固过程中会析出不同形貌的MC’型亚稳态碳化物,MC’碳化物中含有较多的弱碳化物形成元素,不同形貌的MC’型碳化物的化学组成与点阵常数具有一定的差异。在粉末预处理过程中,粉末颗粒内部形成的亚稳态MC’型碳化物逐渐转变为稳定MC型碳化物,同时可形成M23C6和M6C碳化物;转变后的MC型碳化物形态以规则块状为主,成分上以强碳化物形成元素Ti,Nb,Zr为主。