GRAIN BOUNDARY EMBRITTLEMENT BY μ AND σ PHASES IN IRON-BASE SUPERALLOYS

本文研究了15Cr-25Ni和15Cr-40Ni型铁基高温合金中μ和σ相引起的晶界脆化。在铁基高温合金中当晶界存在少量的μ和σ相时(甚至其含量在0.01—1％间),就会引起合金脆化,其脆化程度与晶界存在的μ和σ相的密集系数成正比关系。冲击试验时的脆化导致沿晶断裂,μ和σ相所引起的断裂机构是完全不同的。减小晶粒尺寸或控制合金化学成分使晶界上的μ和σ相减少或根本不生成,则可以控制或消除合金的脆化效应。     

高氮高钼合金连铸表面裂纹原因分析

S31254是一种超级奥氏体不锈钢,含有大量的Cr、Ni、Mo、N和Cu等合金元素,具有优异的抗腐蚀性能和综合力学性能。当前,S31254合金连铸主要问题是表面裂纹。通过对S31254合金的材料特性、热模拟断裂机制、凝固原位观察研究,利用金相显微镜和扫描电镜系统分析了S31254裂纹缺陷成因。研究结果表明,S31254合金中有大量分布于铸态组织晶界的析出相,析出相包括σ相、χ相、Laves相和氮化物等,析出相特征是富Cr和Mo、贫Ni。当温度升高至1 240℃左右时,所有的析出相熔入到奥氏体相中,最后熔化的析出相为σ相。随着S31254合金析出相沿晶界析出,铸态晶界脆化,铸坯试样断裂机制演变为沿晶的脆性断裂,这降低了合金的高温塑性,增大了发生裂纹的倾向性。     

一次时效温度对新型高强耐蚀GH925合金显微组织和力学性能的影响

为了研究一次时效温度对新型高强耐蚀GH925合金显微组织和力学性能的影响,利用热力学计算软件Thermo-Calc对合金中可能析出的平衡相及相组成进行计算并分析,采用超高分辨率场发射扫描电镜及附带能谱仪、扫描电镜和金相显微镜对合金中的析出相和冲击断口形貌进行观察。结果表明:一次时效温度对GH925合金中σ相和γ′相的析出行为影响显著;一次时效温度升高不仅会促进σ相在晶界上的大量析出并向晶内生长,而且会引起γ′相的粗化,导致合金强度和韧性降低;晶界σ相引起的脆化效应是导致沿晶断裂的根本原因。     

相计算法在铁基合金中的应用

本文提出了在复杂多元铁基高温合金中判断σ相析出倾向的相计算方法。对相当数量的工业合金和试验合金的验证,说明提出的方法是可靠的,进而简化处理的相计算方法也是可行的。以25Ni-15Cr型铁基高温合金为例,提出的△N′_V=Ni-3Ti-3.5Al-1.7Si-0.9Cr-4.7计算式可以方便地根据△N′_V<0,或>0,来判断650℃长期时效时σ相的析出。     

不锈钢焊接接头高温服役脆性相析出的金相分析

以催化裂化装置中的输送烟气管道上的不锈钢焊接接头为研究对象,分析焊接接头的金相组织来研究其脆化的原因和规律,提出改善焊接质量的方法,为提高这一系列不锈钢焊接接头的质量以及在高温下的工作性能提供了可靠的依据。研究结果表明,奥氏体不锈钢焊接接头长期高温下脆化倾向主要有两方面原因,一方面由于带有粗大γ柱状晶的焊缝显微组织是不均匀的,奥氏体焊缝高温脆化倾向与焊缝中产生γ→σ相有关,γ→σ相主要沿晶界沉淀析出,导致接头严重脆化;另一方面,焊接时产生的焊接残余应力较大,高温环境使其强度提高而塑性下降。     

新型奥氏体C-HRA-5耐热钢时效过程中的沉淀相演化

对新型奥氏体C-HRA-5耐热钢(22Cr25Ni3Cu4W2Co)进行700℃/0～15 627 h时效试验,采用OM观察时效样品晶粒尺寸和孪晶的变化,采用SEM+EDS、TEM+EDS+SAED分析了时效样中沉淀相析出顺序及粗化特性。结果表明,试验钢在700℃/15627h时效过程中先后析出M23C6、Z相、富Cu相和Laves相等第二相,其中M23C6相主要在晶界析出,其它第二相主要分布在晶内,未发现σ相的析出。在时效过程中,富Cu相和Z相尺寸比较细小稳定,尤其是富Cu相,时效至15 627 h时直径约10 nm,它们是提高C-HRA-5钢热强性的主要强化相。晶界M23C6碳化物粗化速率较快,时效817 h时已在晶界形成断续状分布,时效至15 627 h时,其在晶界宽度增长至550 nm;而晶内M23C6碳化物粗化相对缓慢。由于添加W元素,在时效后期有大量针状Laves相在晶内析出,主要沿长度方向长大;另有少量颗粒状Laves相在晶界M23C6内部或其附近析出,尺寸较稳定。在长期时效过程中,未发现σ相的析出,这与C-HRA-5钢增加Ni和添加Co元素可以抑制或延迟其析出有关。     

难变形镍铬钴基高温合金中σ相对合金力学性能的影响

研究结果表明,难变形镍铬钴基高温合金,在长期时效中,微量和少量σ相的析出,对合金的力学性能没有明显的影响;析出多量σ相,则显著降低合金的室温拉伸、冲击韧性、持久、蠕变和断裂韧性,此时材料的断裂沿σ相界面发展。但对高温拉伸性能没有影响。σ相在室温是一种硬而脆的相,在较高温度时显示了一定塑性,可以发生较大变形。     

THE EFFECT OF σ-PHASE IN CERTAIN Ni-Cr-Co BASE SUPERALLOY

研究结果表明,难变形镍铬钴基高温合金,在长期时效中,微量和少量σ相的析出,对合金的力学性能没有明显的影响;析出多量σ相,则显著降低合金的室温拉伸、冲击韧性、持久、蠕变和断裂韧性,此时材料的断裂沿σ相界面发展。但对高温拉伸性能没有影响。 σ相在室温是一种硬而脆的相,在较高温度时显示了一定塑性,可以发生较大变形。     

超超临界电站用617合金的组织特征及平衡相析出规律

617合金是700℃以上超超临界燃煤电站的备选材料,具有优越的高温持久和耐氧化性能.本文利用热力学计算软件Thermo-Calc及相应的Ni基数据库,对617合金的平衡析出相规律进行了计算分析.结果表明,该合金主要平衡析出相包括y’、σ、μ相以及碳化物M6C和M23C6,Ti对y’相析出量的影响比Al更显著.对617合金标准热处理态的微观组织观察显示,组织均匀,晶界上有连续片状碳化物,再经1180℃/1 h固溶处理后,碳化物部分回溶,在晶界上呈颗粒状分布.     

Fe—Cr—Al合金的脆性和钇的作用

Fe-15Cr-4Al和Fe-20Cr-4Al合金在处理温度高于1000℃时发生高温脆化,冷却过程产生的475℃脆性是脆化的重要原因。预处理温度超过1000℃的试样在500℃二次处理时475℃脆性发展极快,15min后塑性消失,含0.2—0.4wt-％Y的合金在800—1300℃加热后塑性不降低,在500℃也不产生475℃脆性。     

THE APPLICATION OF PHACOMP IN IRON-BASE SUPERALLOY

本文提出了在复杂多元铁基高温合金中判断σ相析出倾向的相计算方法。对相当数量的工业合金和试验合金的验证,说明提出的方法是可靠的,进而简化处理的相计算方法也是可行的。以25Ni-15Cr型铁基高温合金为例,提出的△N′_V=Ni-3Ti-3.5Al-1.7Si-0.9Cr-4.7计算式可以方便地根据△N′_V<0,或>0,来判断650℃长期时效时σ相的析出。     

长时高温运行后1Cr18Ni12Ti奥氏体钢组织变化

采用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪对1Cr18Ni12Ti奥氏体不锈钢管断口和显微组织中的析出相进行了分析,研究了导致材料脆化的原因、晶界和晶内析出相的结构以及析出相对材料性能的影响.结果表明,1Cr18Ni12Ti奥氏体不锈钢脆化是由于材料发生过时效,组织结构发生劣化的结果,主要表现为晶界出现连续和封闭的碳化物析出相,晶内析出针状σ相.这种组织结构的出现一方面阻止位错的运动和破坏变形的连续性,也使晶界附近组织贫铬化,导致材料的韧性、抗氧化和腐蚀性、甚至强度和高温持久性能下降.     

高温合金中的拓扑密堆相:新相及畴结构

一、引言高温合金中拓扑密堆相是众所周知的σ,Laves,μ,δ,P相等的总称。这些相由于使不锈耐热钢及高温合金变脆而引起人们的重视。高温合金的合金化程度高且较为复杂,成分控制或热处理不当都会导致拓扑密堆相析出,从而恶化材料的热强性及韧性。因此,在拓扑密堆相的形成条件(包括成分及加工热处理条件)、析出的动力学等方面都已经进行了大量的研究。拓扑密堆相的晶体结构研究则是这些工作的基础。早在1927年,Bain和Griffith就发现某些Fe-Cr合金变脆原因是由于有成份为FeCr的     

电子辐照Fe-Cr-Ni奥氏体合金的空洞体胀与诱起晶界偏析的研究

本文用超高压电镜(HVEM)作为电子束源,研究了Fe-15％Cr-30％Ni合金电子辐照后,合金空洞体胀和诱起晶界偏析.实验结果证明:723K,最大剂量15dpa条件下,体胀量为0.62％.在晶界发生Cr贫化、Ni富化.随着辐照温度提高,晶界偏析程度增加,723K时Cr,Ni在晶界出现最大偏析峰,相应空洞体胀量也最大.结果表明,空洞形成和晶界偏析密切相关,本文提出了辐照诱起晶界偏析模型.     

Ti-48Al-2Cr-2Nb-( TiB2, Ni)合金凝固组织演变规律及力学性能研究

TiAl合金已成为航空航天工程升级换代的关键材料,然而其铸态晶粒尺寸粗大,室温塑性和强度低,限制其进一步工程应用。本文采用真空感应凝壳熔炼工艺系制备铸锭,系统研究TiB2和Ni元素共同添加对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明,TiB2及Ni合金化后,合金的凝固路径和初生相并未改变,晶粒尺寸从700μm细化至100μm,生成片状TiB2和富镍τ3相。T4822-( Ni, TiB2)合金的室温拉伸强度与基体合金相近,断裂伸长率提高30%。700-900℃时,T4822-(Ni, TiB2)合金的抗拉强度始终高于基体合金,在900℃时抗拉强度达到365MPa,较基体合金提高9%。800℃和900℃时T4822-(Ni, TiB2)合金的断裂伸长率分别达到25.3%和36.1%,远高于基体合金。晶粒尺寸的细化和晶界处的块状γ相是T4822-(Ni, TiB2)合金塑性提升的主要原因,其良好的高温强度则可以归因于片层团内部和界面处的硬质硼化物和富镍τ3相。     

新型高温合金21Cr-32Fe-41Ni高温长期时效组织演变研究

铁镍基合金长期服役于较高温度下,因此高温下的组织稳定性是合金的重要指标之一。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子探针(EPMA)、化学相分析等手段对750 ℃不同时效时间下新型铁镍基高温合金21Cr-32Fe-41Ni组织与性能演变规律进行研究。结果表明,长期时效后合金中析出相主要有γ′相、σ相、α-Cr相以及MC相。在时效500 h内,基体中弥散分布的球形γ′相的质量分数和尺寸快速增加。时效时间从500 h增加至2000 h,γ′相的质量分数和尺寸增加速率逐渐降低。在长期时效过程中,σ相沿晶呈块状或条状分布,并与α-Cr相同时在晶内以针状或条状析出。随时效时间增加,σ相和α-Cr相数量增加,逐渐粗化。沿晶不连续分布的σ相逐渐相连,存在向网状分布发展的趋势。随时效时间增加至2000 h,合金强度先升高后降低,在时效500 h后达到峰值,硬度保持增加趋势。     

Fe－Cr－Al合金的碳化物析出脆化及钇对脆性的影响

通过力学性能测定、ＳＥＭ和ＴＥＭ分析发现，碳化物在α相晶界析出降低晶界结合强度，使Ｆｅ－（１５～２５）Ｃｒ－（４～５）Ａｌ合金严重脆化。在４７５℃时效时，此过程在１００～３００ｈ前起主导作用，时效时间超过１００～３００ｈ后，从α相均匀析出α＇相的作用增强，两个阶段的脆化特征不同。高温下晶粒长大通过降低晶粒间的协调变形能力减小合金的均匀应变。冷却过程中碳的偏聚和析出对高温脆化有更重要的贡献。Ｙ－Ｆｅ相微粒通过俘获α相中的碳消除碳的偏聚和析出、抑制４７５℃脆化和高温脆化。钇延缓α＇相析出和阻止晶粒长大的作用对抑制脆化也有贡献。     

两种Fe-Ni-Cr系气阀合金中的析出相

采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及X射线衍射仪(XRD)等对46Fe-33Ni-15Cr和50Fe-27Ni-20Cr2种气阀合金中的析出相进行研究。结果表明,固溶时效后,46Fe-33Ni-15Cr合金中有γy相、σ相和MC相,而50Fe-27Ni-20Cr合金中有γy相、σ相、MC相和Laves相;46Fe-33Ni-15Cr合金中的γy相有球状和胞状2种形态,50Fe-27Ni-20Cr合金中的γy相都呈球状,尺寸略小,为20～40 nm;46Fe-33Ni-15Cr合金中的σ相呈条状沿晶界分布,50Fe-27Ni-20Cr合金中的σ相呈针状与晶界呈一定位向分布。在700℃时效1000 h,随着时效时间的延长,46Fe-33Ni-15Cr中的σ相数量增长幅度远大于50Fe-27Ni-20Cr,时效1000～2000 h,两者相差不大。     

静电场处理对GH4169合金中σ相析出行为的影响

将静电场应用于GH4169合金的时效过程,研究了静电场对合金σ相沉淀析出行为的影响规律,并探讨了其机理.结果表明,合金在850℃以8 k V/cm静电场强度进行15 min时效,σ相开始在晶界析出;时效1 h晶内分布大量γ"相.随时效时间延长,σ相尺寸增大、体积分数增加,γ"相尺寸亦增大.与未加静电场时效处理相比,静电场时效处理后合金中σ相体积分数降低、尺寸减小,γ"相体积分数升高;晶界σ相中Nb原子分数降低、Fe和Cr原子分数升高,晶界σ相点阵常数c减小、a和b增大.由于静电场时效处理后合金中平均空位浓度升高,促进了Fe和Cr原子扩散,同时Fe和Cr原子置换晶界σ相中Nb原子,Nb原子固溶入晶内.另一方面,空位浓度的升高增加了γ"相非匀质形核几率,促进γ"相析出.同时,空位亦可松弛基体γ相与γ"相的共格畸变,有效抑制了γ"相向σ相转变,增加了强化相γ"相的稳定性.     

EFFECT OF ZIGZAG GRAIN BOUNDARY ON CREEP RUPTURE OF A 10Cr-15Co-Ni-BASE WROUGHT SUPERALLOY

应用两种热处理制度分别获得弯曲晶界和平直晶界,研究两种晶界状态对10Cr-15Co-Ni基变形高温合金蠕变断裂过程的影响,重点探讨弯曲晶界改善合金热强性原因。研究表明,弯曲晶界对裂纹的萌生、长大及扩展,对裂纹的形态及断裂方式,都有显著的影响。弯曲晶界能有力地阻止晶界滑动及推迟裂纹连接,使晶内参与更多的变形,弯晶的主要作用体现在蠕变第三阶段。合金经弯晶处理后蠕变断裂寿命提高26％。