基于JMatPro软件不同B含量下Co-8.8Al-9.8W合金析出相的热力学模拟计算

为研究B元素对新型钴基高温合金析出相的影响,本文基于JMatPro热力学模拟计算软件对不同B含量下Co-8.8Al-9.8W合金的平衡相析出行为进行了研究。结果表明：B含量的增加,会导致γ相、μ-Co7W6相析出温度的降低,并减少γ相、μ-Co7W6相析出量,相反会提高η-Co3Al相的析出温度及析出量。针对这一计算结果,本文作者从B对平衡相中各元素的影响,硼化物等角度分析,给出了解释。分析认为随着B含量的增加,使γ相析出时固液平衡相中各元素的含量相差越来越多,要满足γ相的形核和长大只有降低温度增加过冷度来实现。从而导致随着B含量的增加,γ相的含量越来越少,析出温度越来越低。硼化物的析出,固溶了大量的Co、W,使固液平衡相中Al的含量增加,促进了Co3Al的析出。     

Ni含量对Co-8.8Al-9.8W合金相影响的热力学

为了研究Ni元素对新型钴基高温合金析出相的影响,基于JMatPro热力学模拟计算软件对不同Ni含量下Co-8.8Al-9.8W合金(摩尔分数,%)中平衡相析出的热力学行为进行研究。结果表明:随着Ni含量的增加,合金中γ相的析出温度有降低趋势,析出量减少;与0Ni合金相比,25Ni合金γ相析出温度降低了11.63℃,600℃时35Ni合金γ相的析出量较0Ni合金的减少了20.63%。μ-Co7W6相的析出温度升高;与0Ni合金相比,35Ni合金析出温度升高303.73℃,η-Co_3Al相则会消失,而γ′相的析出温度升高,析出量增加;与5Ni合金相比,35Ni合金γ′相析出温度升高392.85℃,600℃时35Ni合金析出量较0Ni合金的增加40.9%。从Ni对平衡相中各元素的影响以及各物相的析出角度来看,随着Ni含量的增加,当γ相析出时固相和液相中各元素的含量相差越来越多,要满足γ相的析出和长大,只有通过降低温度或增加过冷度来实现。从而导致γ相的含量越来越少,析出温度也越来越低。合金中加入的Ni元素以形成γ′相的形式抑制η-Co_3Al相的形成与生长,从而导致η相最后消失。从γ相中析出的W和Al元素分别为μ-Co_7W_6和η-Co_3Al提供形核及生长的条件,但η-Co_3Al相消失以后,从γ相中析出的Al和Ni元素却为γ′相的生成提供了条件,γ′相开始形成并增加。     

一种新型Fe-Ni-Cr基高温合金组织特征及平衡相析出热力学研究

采用超高分辨场发射扫描电镜对一种新型Fe-Ni-Cr基合金进行了组织特征观察,并利用热力学计算软件Thermo-Calc对合金中可能析出的平衡相及元素含量变化对合金熔点及各相析出行为影响进行了计算分析。结果表明,C含量的增加可以明显提高MC及M_(23)C_6的析出量和析出温度;Ti作为MC的主要形成元素,其含量增加对MC析出量基本无影响,但可显著扩大MC的析出温度范围;Al、Ti含量的增加均可提高γ′相的析出量和析出温度,Al的影响尤为显著;降低Al或提高Ti含量均会显著提高η相的析出量和析出温度;W作为参与MC形成的元素,其含量增加对于促进MC形成的作用不明显;合金元素Al、Ti、W含量的增加均会降低初熔点,Al和Ti的影响更为明显。     

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。     

Ni_3Al含量对WC基钢结硬质合金组织与性能的影响

为了改善WC基钢结硬质合金性能,以热力学计算为基础,探索Ni_3Al添加量对WC-Fe(Cr,Mo)钢结硬质合金组织与性能的影响。采用粉末冶金方法,以添加Ni_3Al预合金粉的方式添加Al,通过液相烧结制得不同Ni_3Al含量(0,0.5%,1.0%,1.4%,质量分数)的WC-50%(Fe-Ni-Al-Cr-Mo)合金样品。采用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和金相显微镜分别对合金的液相温度点、相组成和显微组织进行了检测分析,并讨论了合金物理力学性能和磁性能的变化规律。结果表明:粘结相主要由γ-α+β′三相构成,且随着Ni_3Al含量的增加,Ni元素可以稳定奥氏体,粘结相中γ-Fe含量增加,1250℃时,Fe-Ni-Al粘结相从液相中析出γ-Fe相的形核驱动力增大,使得粘结相的晶粒细化,粘结相中析出的Ni Al相增多;合金硬质相主要为WC和Fe_3W_3C,WC沿晶界偏聚;γ-Fe含量增多,固溶了更多C元素,使Fe_3W_3C的含量随Ni_3Al含量增加而减少;WC晶粒细化,分布更为弥散。在上述因素共同影响下,合金密度略有降低,粘结相的磁饱和强度下降,矫顽磁力上升;硬度上升,抗弯强度先下降后上升,并在添加Ni_3Al含量为1.4%时,硬度和抗弯强度达到最大值。     

B含量对K417G合金凝固过程中组织演变和力学性能的影响

研究了B含量对K417G合金凝固过程中相析出以及铸态组织和力学性能的影响。研究不仅证实了B显著促进元素偏析以及凝固后期(γ+γ')共晶析出,还发现B对K417G合金凝固早期基体γ相的析出和长大具有明显影响。B降低基体γ相的析出温度,抑制γ相的形核,并阻碍γ相生长。当B含量低于0.036%时,由于B降低γ相形核率,导致K417G合金的晶粒组织随B含量增加明显粗化。当B含量增加至0.060%时,尽管B仍然降低γ相形核率,但由于其阻碍γ相枝晶的早期生长,使熔体内部过冷度升高,局部发生晶粒细化。B对K417G合金力学性能的影响决定于硼化物的晶界析出形态,当B含量低于0.036%时,硼化物以颗粒状在晶界析出并对晶界产生强化作用,合金的900℃拉伸性能和900℃、315 MPa持久性能随B含量的增加而显著提高。当B含量达到0.060%时,共晶态硼化物在(γ+γ')前沿析出,导致共晶态硼化物与(γ+γ')的界面显著弱化,拉伸和持久性能显著降低。     

一种超超临界电站用镍铁基高温合金凝固和析出相的热力学评估

利用热力学计算软件JMat Pro和镍铁基合金数据库,计算分析了一种新型γ′相强化镍铁基高温合金的凝固特征温度和热力学平衡相的析出行为;评估了调整γ′相形成元素Al、Ti,抗蚀元素Cr和C含量对合金凝固特征温度和相析出行为的影响。结果表明:合金主要相组成为γ、γ′、MC和M_(23)C_6;随着Ti和Al含量的提高,γ′相的析出温度和含量增加,Ti元素的影响更显著;Cr含量的增加会降低合金液相线、固相线和M_(23)C_6相的析出温度并致M_(23)C_6相的析出含量先增加后减小;增加C含量会减小合金的结晶温度间隔、提高MC和M_(23)C_6相的析出温度和析出含量。本模拟研究结果将为合金的优化设计提供参考。     

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。     

低Re镍基单晶高温合金平衡相析出行为的热力学模拟计算

基于Pandat热力学计算软件及Pan Ni数据库,采用热力学相平衡计算方法,研究了合金成分对低铼DD6合金平衡相析出行为的影响。结果表明:DD6合金平衡相主要为γ相、γ'相、μ相及碳化物MC和M23C6,计算结果与实验结果吻合。γ'相析出量主要由Al、Ta和Nb含量控制,随Al、Ta和Nb含量增加,γ'相析出量显著增加,固溶温度明显升高,液相初凝与终凝温度逐渐降低。C含量决定MC和M23C6的析出量,MC和M23C6析出量随C含量增加而增大。μ相析出主要受Re、W、Mo和Cr的影响,随Re、W、Mo和Cr含量增加,μ相开始析出温度显著升高,析出温度范围明显变宽,最大析出量明显增大。     

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.     

TiAl-W-Si合金中的偏析与析出相的分析电子显微术研究

用高空间分辨分析电子显微术研究了TiAl-W-Si合金中B2相的析出行为和元素W的分布.结果表明,α2/γ相界面台阶由于W的富集而成为B2析出相的择尤形核位置.B2相中,高达三分之一的Al原子被W原子置换,而在γ相中只固溶了很有限的W.另外,W也偏析在α2/γ和B2/γ相界面上.这些结果合理地解释了W对提高TiAl合金蠕变性能的显著作用.     

镍基高温合金长时效下两相分离行为研究

采用原子探针仪器LEAP 4000X Si,研究镍基高温合金Ni-Al-Cr-W-Re-Ru长期时效后的元素分布规律。结果表明,Ni、Cr和Re原子在无序γ(FCC)-基体相中富集,而Al和W原子更多分配到有序γ"(L12)-析出相。在γ/γ"相界面γ相一侧出现Ni原子局部富集,导致界面自由能降低。γ"相中,溶质元素原子浓度总和约25 at.%,实验局部Al-R（R=Re、Ru或W）RDF在第1最近邻距离处负相关,说明Re、Ru和W优先占据Ni3Al(L12)结构的Al位。和三元合金Ni-Al-Cr相比,添加W、Re和Ru后,合金的γ相得到固溶强化,γ"相体积分数提高,硬度增加。     

Al������K418�Ͻ��TCP���������ɵ�Ӱ��

利用Thermo-Calc软件计算得出Al含量对K418合金的TCP相析出规律的影响.结果表明:K418合金析出相为MC相、M23C6相、γ相、γ1相、σ相、μ相、α-Cr相、M3B2相和液相.Al质量分数在6.5％～5.5％成分范围内,碳化物、硼化物、液相线的含量变化较小,有少量α-Cr相析出.随A1含量减少,TCP相析出含量而减少且呈阶段性变化,在710℃以下以μ相析出为主;在710℃和840℃之间以σ相析出为主.降低σ相析出含量,Al质量分数建议控制在6.0％～5.5％范围之内.降低μ相和TCP相析出含量,Al含量建议接近下限.综合考虑,为减少K418合金TCP相析出,Al质量分数建议尽量接近下限5.5％,而实际生产中制定Al含量的目标值还需考虑合金使用强度、冶炼烧损量和脱氧消耗量.     

合金元素含量对K487合金组织和性能的影响

研究了Al,Ti,W,Mo,Cr合金元素含量分别在偏上限、中线、下限时K487合金的组织和性能。结果表明,合金元素含量在偏下限时,合金中析出少量的碳化物和γ′相,当提高到偏中线,碳化物和γ′相析出量增加,而提高到偏上限,碳化物和γ′相析出量进一步增加,同时析出大量针状μ相。随着合金元素含量的增加,合金的室温抗拉强度及屈服强度、750℃高温时抗拉强度及屈服强度提高;室温及高温伸长率下降,并且在合金元素含量偏上限时下降明显。综合来看,合金元素含量在偏中线时,K487合金具有较好的综合性能。     

镍基高温合金长期时效后元素分布规律研究

采用原子探针仪器LEAP 4000X Si,研究镍基高温合金Ni-Al-Cr-W-Re-Ru长期时效后的元素分布规律。结果表明,Ni、Cr和Re原子在无序γ(fcc)-基体相中富集,而Al和W原子更多分配到有序γ'(L1_2)-析出相。在γ/γ'相界面γ相一侧出现Ni原子局部富集,导致界面自由能降低。γ'相中,溶质元素原子浓度总和约25at%,实验局部Al-R(R=Re、Ru或W)RDF在第1最近邻距离处负相关,说明Re、Ru和W优先占据Ni3Al(L1_2)结构的Al位。和三元合金Ni-Al-Cr相比,添加W、Re和Ru后,合金的γ相得到固溶强化,γ'相体积分数提高,硬度增加。     

热处理对Ni基高硼合金组织的影响

研究了一种含硼量为0.11%的高温高强合金的相变,以及热处理对其组织的影响。结果表明,合金的铸态组织主要由γ相、二次γ′相、γ/γ′共晶和硼化物组成。固溶处理时,方块状二次γ′相和硼化物发生固溶,且随着固溶温度的升高,二次γ′相和硼化物尺寸减小;时效过程中,从过饱和的γ相中重新析出细小的三次γ′相,且数量随固溶温度的升高而增加。经过1120℃×4 h,AC+900℃×10 h,AC的固溶时效处理后,合金可以获得细小弥散分布的硼化物、以及二次和三次γ′相综合强化的理想组织,合金在800℃的抗拉强度可达1030 MPa,并兼具良好的塑性。     

镍基高温合金GH141平衡析出相的热力学计算分析

应用Thermo-Calc热力学计算软件,对GH141合金的平衡析出相和非平衡凝固过程进行了模拟计算。结果表明:GH141合金的平衡析出相有γ、γ′、σ、μ和碳化物(M C、M_6C、M_(23)C_6);合金凝固过程中Mo、Ti元素正偏析比较严重,这会降低合金的初熔点;Al、Ti含量对γ′相的开始析出温度和最大析出量有很大影响;C是碳化物最大析出量的控制元素,且M C、M_6C、M_(23)C_6碳化物的主要富集元素分别是Ti、Mo、Cr。研究结果为合金的成分设计和热处理提供一定的理论依据。     

CALPHAD技术在Co基粘结层合金制备中的应用

利用CALPHAD方法预测了Co基粘结层合金元素对相组成的影响,计算结果表明:Al对β′和γ相的析出量影响显著,Cr对σ相的析出量影响显著,从而确定了Al和Cr元素合适的成分范围分别于13%和22%附近。在此基础上计算了设计成分合金的相组成随温度的变化规律,结果表明:合金于1208℃开始从基体β′相中析出γ相,974℃时,γ含量达到最高,随后将析出脆性的σ相。依据此相转变规律建议给出了合金的热处理工艺,1300℃固溶,结合1000℃时效处理。采用真空感应熔炼制备合金样品,铸态合金经上述热处理后得到β′+γ的两相组织,合金元素的偏析明显改善,非晶组织基本消除,得到较为理想的热障涂层粘结层用Co基合金靶材。     

Hf对一种镍基高硼铸造高温合金凝固行为及疏松情况的影响

研究了Hf的添加对一种镍基高硼铸造高温合金显微组织、凝固行为、疏松情况的影响。显微组织分析、差热分析(DSC)、等温凝固淬火试验结果显示,Hf在合金的凝固过程中强烈偏析于枝晶间区域,并在凝固末期以Ni5Hf相的形式从残余液相中析出；Hf的加入降低了合金的液/固相线温度、γ/γ′共晶相和硼化物析出温度,延缓了合金的凝固过程,加宽了凝固温度范围,显著增大了γ/γ′共晶相的含量。自主设计并浇铸一种薄壁管铸件,渗透检验结果显示Hf的加入使得薄壁管的疏松明显减少,合金的疏松倾向性显著降低。     

Co-9Al-(9－x)W-xMo-2Ta-0.02B (x=4,9)合金的显微组织与高低温拉伸性能

以Co基高温合金Co-9Al-9W-2Ta-0.02B成分为基础,分别添加了4at%和9at%的Mo元素替代W(使W+Mo含量为9at%),用电弧熔炼法制备了Co-9Al-xMo-(9-x)W-2Ta-0.02B合金(x=4,9),分别称为4Mo和9Mo合金,研究了Mo含量及时效温度对合金相组成、显微组织形貌和高低温拉伸性能的影响。结果表明:铸态合金由Co的固溶体γ相基体和金属间化合物γ’相Co3(Al,Me)组成(其中Me为合金元素W、Mo、Ta),γ’相位于γ相界。1350℃/8h固溶+800℃/100h时效处理的4Mo合金γ相中均匀析出了与之共格并规则排列的立方形γ’相Co3(Al,Me),γ’相尺寸为200～300nm;9Mo合金析出大量胞状和针状的к-Co3Mo相以及少量的γ’相。1350℃/8h固溶+900℃/100h时效处理时4Mo合金的γ/γ’共格组织中也析出微量针状к-Co3Mo相,而9Mo合金中的针状相明显粗化。4Mo合金的高低温抗拉伸强度与塑性均高于9Mo合金,合金在600℃以上发生反常屈服。