Co-Al-W基高温合金发展概述

传统Co基高温合金的强化机制为固溶强化与碳化物强化,强化效果弱于Ni基高温合金中的有序相γ'强化,从而使得Co基高温合金的应用受到限制。直到2006年,在Co-Al-W三元相图中发现稳定的L12相——Co3(Al,W),这种新型γ'相强化的Co-Al-W基高温合金有以下特点:(1)含Ta合金熔点高于Waspaloy合金;(2)硬度与屈服强度不低于Ni基高温合金;(3)γ/γ'两相之间的晶格错配度与Ni基高温合金在数值上接近,符号上相反,而正的晶格错配度更有利于蠕变性能。综上所述,Co3(Al,W)相的发现为Co基高温合金的发展开辟了新道路。自2006年以来,针对Co-Al-W基高温合金的组织与性能进行了大量研究。Co-Al-W基高温合金的微观组织为γ/γ'两相,此外还会存在一些二次相,其中包括富集Al和Ti元素的B2-CoAl相、富集难熔元素的拓扑密堆相m-Co7W6以及易在时效过程析出的c-Co3W相。这些二次相通常在晶界析出,容易成为裂纹的发源地,同时会弱化固溶强化效果,对合金的高温性能不利。虽然Co-Al-W基高温合金得到了立方形态的γ'相共格析出,但由于γ'-Co3(Al,W)相高温稳定性差,需要对其进行合金化,因此,这种γ'相强化的Co基高温合金正在由简单的Co-Al-W三元合金发展成为复杂的多元合金。综合来看,主要添加的合金化元素有Ta、Ti、Nb、V、Mo、Ni和Cr。其中,γ'相形成元素包括Ta、Ti、Nb、V、Mo,这些元素的分配系数均大于1,且能有效提高γ'相固溶温度与体积分数; Cr、Fe、Re的分配系数小于1,是γ相形成元素,添加后均降低γ'相固溶温度,其中Cr会提高γ'相的体积分数。众多合金元素中,Cr、Mo和Ni元素的过量添加会降低γ/γ'两相间的晶格错配度,从而改变γ'相形态甚至破坏γ/γ'两相组织。合金的组织与性能密切相关,γ/γ'两相、γ'相为立方形态且γ'相高温稳定性高的合金具有优异的性能。Co-Al-W基高温合金的流变应力随温度变化分为三个阶段:首先随温度升高而降低;然后随温度升高而异常升高;最后再次随温度升高而降低。故而存在峰值温度与峰值强度,Co基高温合金多应用在峰值温度下,以便获得最高的屈服强度。此外,由于Co-Al-W基高温合金中γ/γ'两相晶格错配度为正,在蠕变过程中会出现平行于拉应力的筏化,对合金的高温性能有利。除了Ta、Ti等元素能强化合金外,少量B元素的添加有晶界强化作用,可以提高合金的力学性能。添加Cr元素的Co-Al-W基高温合金在高温氧化过程中会形成三层氧化层,分别是最外层的Al_2CoO_4、富Cr并含有Cr2O和Cr2O3的中间层以及最内层的Al_2O_3。其中Cr_2O_3和Al_2O_3氧化层均致密且具有保护作用,可显著提高合金的抗氧化能力。本文简单介绍了Co-Al-W基高温合金的发现与发展,综述了近年来Co-Al-W基高温合金的研究现状,并指明了未来Co基高温合金的发展方向。     

Ru对镍基单晶高温合金凝固特性、TCP相析出及蠕变性能影响的研究进展EI北大核心CSCD

镍基单晶高温合金因优异的高温力学性能而被广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键热端部件。Ru元素作为第四代、第五代镍基单晶高温合金的主要特征元素,其添加对合金从凝固特性到最终的服役性能都起到关键的影响。本文从镍基单晶高温合金的凝固特性、凝固组织、TCP相析出及蠕变性能等方面出发,综述了Ru元素对镍基单晶高温合金影响的研究进展,系统分析了Ru的添加对合金凝固路径、凝固特征温度、微观偏析等凝固特性及共晶、碳化物等凝固组织的影响规律,并重点探究了Ru的添加能抑制TCP相析出及提高合金蠕变性能的原因。目前由于多组元交互作用对组织与性能影响机理的复杂性,使得含Ru高温合金的成分设计与优化具有更高的挑战,建议未来含Ru高温合金的相关研究从富Ru新相的析出原因及抑制、Ru添加对凝固缺陷的影响及Ru与其他元素交互作用对“逆分配”效应及TCP相析出的影响机制等方面做进一步探究,为发展新型高性能含Ru高温合金的设计提供思路。     

新型钴基高温合金成分设计的研究进展

传统钴基高温合金的强化机制为固溶强化和碳化物强化,弱于有序γ′相沉淀强化的镍基高温合金的强化效果,日本学者发现了有序γ′相强化的Co-Al-W系新型钴基高温合金,其强化效果明显优于传统钴基高温合金。由于新型钴基高温合金具有较传统镍基高温合金更高的承温能力以及更加优异的高温抗蠕变性能和抗氧化性能,因此被认为是最具潜力的航空发动机热端材料之一,近年来得到迅速发展。基于国内外学者对新型钴基高温合金的研究成果,系统总结多种合金元素(如Ta, Ti, W和Nb等)对新型钴基高温合金组织和性能的影响。在组织方面,总结合金元素对合金相变温度、γ′相的体积分数及形态、γ′相的尺寸、γ/γ′两相晶格错配度和有害相的影响;在性能方面,总结合金元素对合金抗氧化性能、力学性能及抗蠕变性能的影响,以期为新型钴基高温合金的成分设计提供参考。最后对新型钴基高温合金成分的高效率设计进行展望。     

高Fe含量FeCuNbSiB系非晶/纳米晶合金制备及其磁性研究

研究了过渡金属元素(Zr,Nb,Mo)和Cu元素对Fe78Si9B13合金系非晶形成能力、热稳定性和磁性的影响;在Fe74Cu1Nb3Si13B9合金的基础上,通过逐步提高Fe含量,利用单辊甩带法制备Fe(76+x)Cu1Nb3Si(11-x)B9(x=0,2,4)和Fe(79+x)Cu1Nb2Si(6-x)B12(x=0,2,4)非晶/纳米晶合金薄带;利用XRD、DSC、TEM和VSM研究了高Fe含量Fe-Cu-Nb-Si-B系非晶/纳米晶合金的微观结构和磁性,并通过添加Nb元素优化了高Fe含量合金的磁性。研究结果表明:Zr和Nb元素的添加能明显提高Fe78Si9B13合金的非晶形成能力和热稳定性;高Fe含量的Fe-Cu-Nb-Si-B系纳米晶合金为典型的非晶/纳米晶双相结构,合金的饱和磁化强度Ms180 emu/g,且合金的矫顽力Hc在2Oe-9Oe之间,具有良好的软磁性能;Nb元素能显著细化Fe-Cu-Nb-Si-B系合金晶粒尺寸,从而能显著降低合金的矫顽力,改善合金的软磁性能;当Fe含量在80%-83%(原子百分比,下同)之间时,合金具有良好的软磁性能,但当Fe含量达到85%时,会有Fe2B、Fe3B相析出,从而显著恶化其软磁性能。     

固溶及时效热处理对K465合金组织的影响

研究了K465合金热处理后的显微组织和力学性能。结果表明,合金热处理后,枝晶干处的γ'相呈立方状、体积分数为62%,同时还析出了细小点状碳化物,铸态MC碳化物转变为M6C。高温时效热处理结果表明,合金经1 000℃/500 h和1 100℃/100 h后,析出富集W和Mo的针状和棒状二次析出相;1 000℃条件下,随着时间的延长,二次析出相的数量逐渐增多;温度的升高可促进二次相的析出。     

先进镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展

先进镍基单晶高温合金具有优良的成分兼容性,在1 000℃以及更高温度下仍能保持较高的组织稳定性、抗蠕变性、抗疲劳性、抗氧化性和抗腐蚀性能,被广泛应用于现代航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键热端部件。在服役过程中,镍基单晶高温合金主要发生涡轮叶片旋转造成的蠕变及疲劳变形。另外,现代航空发动机对涡轮进口温度的要求不断提升,使得镍基单晶高温合金的承温承载能力面临着更大的挑战。长期以来,材料科研工作者尝试了许多方法来提升镍基单晶高温合金的蠕变性能:在镍基单晶高温合金中添加了大量的难熔元素(W、Cr、Mo、Re等),降低了元素的扩散速率,从而提高了合金的固溶强化水平;添加了γ'相形成元素(Al、Ti、Ta),形成金属间化合物γ'沉淀相,利用γ'沉淀相与γ基体相之间的相干应变、有序化,以及弹性模量和堆垛层错能差异等沉淀强化机制,提高合金的强度;通过调整热处理制度,进一步优化沉淀相的尺寸、形态以及体积分数,最大化沉淀强化效果;通过调整Mo与Re的含量,提高γ'沉淀相与γ基体相的错配度,细化γ/γ'界面位错网间距,强化γ/γ'相界面强度,提高镍基单晶高温合金的蠕变抗力;同时加入适量的Pt族金属元素,抑制了TCP有害相的析出,进一步稳定了合金组织。然而,镍基单晶高温合金中元素的合金化程度已很高,在CMSX-10中难熔元素的含量高达20.5%,这已经接近镍基体的溶解度极限;同时,也带来了其他一系列问题:组织不稳定性(包括凝固缺陷析出倾向的增加、TCP相的析出)以及合金密度和成本的增加。另外,对于第四代及其后续的镍基单晶高温合金的设计,除依赖提高难熔元素含量和加入铂族元素稳定组织外,并无其他公开、有效的措施。现行措施也与现代工业追求低密度、低成本、环境友好的理念背道而驰。因此,深入认识镍基高温合金成分-组织-结构-性能之间的内在联系十分重要,亟待突破现有的合金设计理论。本文试图从最重要的长时力学性能之一的蠕变性能出发,分别对镍基单晶高温合金成分、组织结构、蠕变行为特点等方面进行了阐述,重点探讨了固溶元素、γ'体积、尺寸、形态、γ/γ'界面、堆垛层错能(SFE)、反相畴界能(APB)等因素对蠕变行为、蠕变机制的影响规律,分析了镍基单晶高温合金蠕变行为研究面临的问题,并展望其研究前景,以期能够深入理解单晶高温合金的强韧化机理,为新一代镍基单晶高温合金的设计提供一些思路。     

Inconel 625合金中析出相演变研究进展EI北大核心CSCD

本文综述了Inconel 625合金析出相的析出与演变行为,重点介绍了该合金不同类型析出相包括γ′相、γ″相、δ相、Ni2(Cr,Mo)相以及MC,M6C,M23C6型碳化物和Laves相;阐明不同成形工艺、热处理及高温蠕变过程中析出相的析出与演化行为,论述不同类型的析出相对合金性能的影响;指出Inconel 625合金快速成形及焊接过程中产生裂纹的主要因素,并提出未来重要的发展方向是如何通过选择与控制相析出来进一步提高Inconel 625合金的热强性和热疲劳性能。     

Nb/Ti/Zr/W对310S奥氏体不锈钢析出相行为和力学性能的影响

为了提高310S不锈钢的高温组织稳定性,本工作系统研究了微量合金化元素(Nb, Ti, Zr和W)对310S析出相行为和力学性能的影响。设计的系列合金经过1423K热轧、1423K/0.5h固溶、1173K/0.5h稳定化处理,最后进行973K/408h时效处理。研究结果表明:W可有效提高合金的高温组织稳定性,而过量Mo元素的添加会加速Cr 23 C 6向σ转变;添加Ti和Zr可细化基体晶粒,但Ti会促使时效过程中大量脆性相的析出,严重降低合金的高温组织稳定性,从而恶化合金力学性能。Fe-25Cr-22Ni-0.73Mo-0.35Nb-0.046C (质量分数/%)合金展现出优异的高温组织稳定性和力学性能(σ YS =237MPa,σ UTS =545MPa,δ=39%),有望作为超临界水冷堆核燃料包壳的候选材料。     

Inconel 625合金中析出相演变研究进展

本文综述了Inconel 625合金析出相的析出与演变行为,重点介绍了该合金不同类型析出相包括γ′相、γ″相、δ相、Ni_2(Cr,Mo)相以及MC,M_6C,M_(23)C_6型碳化物和Laves相;阐明不同成形工艺、热处理及高温蠕变过程中析出相的析出与演化行为,论述不同类型的析出相对合金性能的影响;指出Inconel 625合金快速成形及焊接过程中产生裂纹的主要因素,并提出未来重要的发展方向是如何通过选择与控制相析出来进一步提高Inconel 625合金的热强性和热疲劳性能。     

Hastelloy C-276中碳化物析出及晶界贫Mo规律研究

研究了Hastelloy C-276在550,750,800℃等温时效不同时间后的相析出及晶界附近Mo的质量分数变化规律,结果表明:M6C型碳化物在较短时间内会沿晶界析出,且随碳化物的不断析出晶界附近Mo的质量分数会不断降低直到某一最小值(约为6%),然后开始升高.由于镍基耐蚀合金中Mo元素含量对其耐蚀性能有重大影响,...     

Resolution of Phase Particles in Phase Microscopy

This paper deals with the question of two-point resolution for pure phase particles in a phase contrast microscope (no amplitude contrast is considered) illuminated with partially coherent light. It is seen that the phase particles in phase microscopy behaves in a manner equivalent to that of amplitude particles in ordinary microscopy. The limit of resolution as estimated on the basis of Sparrow criterion is seen to be independent of Δ, i.e. the magnitude of phase particles. In other words, the limit of resolvable separation with any finite contrast may be expressed as K = K _s+δK, where K _s, the limit obtainable on the basis of Sparrow criterion, is independent of the magnitude of Δ and δK is an incremental term that depends on the magnitude of Δ and the final required image contrast. Both terms, however, depend on the degree of coherence between the object particles. Results are given for the phase particles both leading or lagging in phase with respect to the background. The question of low contrast or small phase approximation is also discussed.     

Phase Resolution and Coherent Phase States

Abstract

Various measures of phase resolution (including variance, entropy, confidence half-width, and reciprocal peak likelihood) are reviewed, and applied to the class of coherent phase states. These states arise naturally as eigenstates of the Susskind-Glogower phase operator, and are found to have near-optimal phase resolution properties for fixed mean photon number [nbar]. The mutual information for a communication channel based on coherent phase states is calculated as log ([nbar] + 1), within 1·5 bits of the theoretical maximum for single-mode channels.     

板钛矿相对TiO2纳米晶相转变的影响研究

本文以Ti(O BU) 4为前驱体 ,采用溶胶 凝胶工艺制备了TiO2 纳米晶。通过X 射线衍射 (XRD)分析证明了所制备的锐钛矿相TiO2 纳米晶中含有一些板钛矿相 ,发现在较低的热处理温度下 ,TiO2 纳米晶就发生了相转变 ,并且板钛矿 金红石相转变的过程比锐钛矿 金红石相转变过程快 ;同时锐钛矿相的晶胞常数c的变化似乎部分归因于有板钛矿相的存在。差热 热重同步分析 (DTA TGA)表明 ,在 36 0～ 5 0 0°C之间 ,可以观察到板钛矿 锐钛矿相转变的存在。最后对TiO2 纳米晶中含有的板钛矿相对锐钛矿 金红石相转变的作用机制进行了简要的分析。     

Al-Fe系合金中的相及相转变

综述了近40年来科研工作者在ALFe耐热铝系合金方面所做的工作，特别是对Al—Fe、Al-Fe—Si、Al—Fe—V—Si中相及相转变做了详尽的讨论。     

钽铌酸钾晶体相结构和相变的研究

本文采用 X 射线粉末衍射法研究了不同组分钽铌酸钾的相结构、高温相变特征和温度与组分的关系等。并讨论了相变的过程。     

采用倒相方法克服比相器非线性的微机化比相仪

比相法是一种高精度的频标比对方法。但在较高比相频率下，非线性误差的影响不容忽略。本文分析了线性比相器在０°（３６０°）附近比相时产生非线性误差的原因，提出了采用倒相方法克服比相器非线性的措施，提高了比相器在较高比相频率下的测量精度     

A Cascade Phase Sensitive Detector? Phase Response

A phase sensitive detector (PSD) described permits the realization of any phase response by means of many like stages in cascade or in parallel. Two such configurations?one providing the best phase selectivity and the other the best phase discrimination sensitivity?are discussed in detail to demonstrate practical applications. The performance of a prototype detector supports the principles of operation.     

Phase Conjugation

Abstract

The background mechanisms responsible for the production of phase-conjugate waves are presented in a unified way. One set of wave equations can be used to describe both four-wave mixing and stimulated backscattering phase-conjugate mirrors. The nonlinear-optical mechanism of photorefraction is described in detail and several of the most exciting potential applications of phase-conjugate mirrors are highlighted.     

Phase Multiplication

A new multiple-beam interference microscope is described. This makes use of very sensitive sharp fringes of equal thickness. These fringes can be produced in the double-layer interferometer with white, quasi-monochromatic or laser beams. The microscope consists of two inverted microscopes with conjugate mirrors such that the length of the first microscope is a multiple of that of the second one. The first microscope can be replaced by a multi-mode laser and the microscope with conjugate mirrors forms the image of the object either in transmission or at reflection. A high axial resolution can be obtained without reducing the transverse resolution. The volume resolution of the microscope with conjugate mirrors is increased pN times over that of the single-layer interference microscope, where p is the interference order and N is the reflectivity finesse.