合金元素对新型镍基粉末高温合金的热力学平衡相析出行为的影响

通过热力学平衡相计算方法,系统研究了某新型镍基粉末高温合金时效温度下合金元素对热力学平衡相析出行为的影响.计算结果表明:René 104合金析出的主要平衡相为γ'、MC、M₂₃C₆、M₃B₂和TCP相.Cr和Co含量主要影响TCP相的析出行为及γ'相的析出温度,Cr含量对M₂₃C₆和M₃B₂的析出行为有一定的影响,Cr的建议质量分数为13%;Mo和W含量影响TCP相和M₃B₂的析出行为.质量比Al/Ti和Nb/Ta影响γ'相的析出行为,建议控制Al/Ti和Nb/Ta比平衡,以使γ'相起到理想的强化效果.C和B含量显著影响碳化物和硼化物的析出量,还可间接抑制TCP相析出;Zr含量对MC和M₂₃C₆碳化物的析出有影响;增Co降Cr和调节合金元素含量以获得小的点阵错配度是第3代涡轮盘用粉末冶金高温合金成分优化设计的趋势.

     

Waspaloy合金碳化物和γ'相析出规律的热力学计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc对Waspaloy合金中可能析出的平衡相以及元素含量变化对其影响进行了计算分析.结果表明:碳含量的增加可以明显地提高碳化物的析出量,但对碳化物的析出温度的影响较小;γ'的析出量和析出温度均随Al、Ti含量的增加而增加,Al的影响尤为明显;Ti是MC的主要形成元素,Ti含量的增加可以提高MC的析出量,但对其析出温度无太大影响;M₂₃C₆的析出量不受Cr含量的影响,而析出温度却随着Cr含量的增加而提高.     

铸造镍基合金CW12MW与CW6MC平衡凝固及析出热力学模拟

利用Thermo-Calc(TC)热力学计算软件以及专业的TCNI10镍基数据库，针对铸造镍基合金CW12MW与CW6MC平衡凝固与冷却过程的相变路径以及两种材质的主要合金元素，对各自平衡体系的垂直截面相图的影响分别展开计算分析。计算结果表明：铸造镍基合金CW12MW平衡凝固及冷却过程的相变路径依次为：L→L+γ→L+γ+M₆C→γ+M₆C→γ+M₆C+σ→γ+M₆C+σ+M₂₃C₆→γ+M₆C+σ+M₂₃C₆+μ→γ+σ+M₂₃C₆+μ，其平衡转变过程中析出主要的金属间相为σ相与μ相，最大相摩尔分数分别为0.27与0.003 7,Cr、Mo及W元素主要促进σ及μ相的形成与稳定；铸造镍基合金CW6MC平衡凝固及冷却过程的相变路径依次为：L→L+γ→L+γ+γ′-Ni₃(Al,Ti)→γ+γ′-Ni₃(Al...     

含Hf和Ta新型镍基高温合金粉末中碳化物相

对含Hf和Ta新型镍基高温合金FGH98Ⅰ等离子旋转电极(PREP)雾化原始和不同温度下预热处理粉末中的碳化物相进行了研究.结果表明:原始粉末中MC'型碳化物可分为两类,一类为富Ti、Ta和Nb,另一类为含Ta、Hf和Zr.两类碳化物均含有一定量非碳化物形成元素Co和Ni及中等强碳化物形成元素Cr和Mo,并以块状、粒状分布于枝晶或胞晶间;随着预热处理温度升高,粉末中富Ti、Ta和Nb的MC'型碳化物转变为MC型碳化物,且其所含Ti、Ta和Nb的总量增大;含Ta、Hf和Zr的MC'型碳化物发生分解和转变,析出稳定的M₂₃C₆、M₆C和MC型碳化物,M₂₃C₆碳化物的析出和溶解温度为950℃和1150℃,M₂₃C₆和M₆C碳化物共存温度为1000～1100℃.另外,粉末中微量元素Hf和Ta主要以碳化物和γ'相参与碳化物反应.     

粉末高温合金平衡相析出行为的热力学对比

利用热力学平衡相计算方法及相应的高温合金数据库对René95,René88DT和an741нп三种合金在平衡相析出温度范围和析出量以及之间的关联性进行了系统的热力学计算对比分析.结果表明:三种粉末高温合金的平衡相种类基本相同,主要平衡相为γ,γ'和碳化物M₂₃C₆,MC,M₆C.René95合金中的碳化物含量要高于其他两种合金.зп741нп有着较高的γ'相析出温度和较大的析出量.随温度降低,Co和Nb从γ'相中析出,在其周围富集,其中зп741нп合金中尤为明显.合金元素的偏聚度也和合金的初熔点与终熔点之差的大小有关,其熔解区间越大即初熔点和终熔点之差越大,合金元素的偏聚度越大.     

GH220合金的基本组织

GH220合金正常热处理组织有γ基体。γ′、MC、M₆C和M₃B₂相。第一阶段晶粒长大温度1150℃—1170℃,第二阶段为1210℃。碳化物相M₆C最大析出峰在1000℃左右,并发现不同成分的二种M₆C相。
正常热处理得不到大小二种γ′,等温弯晶热处理能得到大小γ′和弯曲晶界组织。
长期时效,低W、Mo、Al、Ti（17.61％）合金析出M₂₃C₆相。当W+Mo大于12％（如12.31％）正常热处理会析出少量μ相;等于12％时,时效后才出现μ相。
合金中加入微量元素Mg可改变碳化物形状,使之细化。     

高合金钢Vanadis4凝固过程及组织

通过激光扫描共焦显微镜、X射线衍射、扫描电镜、电子探针、微区成分能谱分析和差示扫描量热法,研究了高合金Vanadis4(V4)模具钢(%:1.5C、8.0Cr、1.5Mo、4.0V)的凝固过程及其微观组织。结果表明,V4钢基体为马氏体和残余奥氏体,基体中碳化物主要为MC与M₇C₃型。杆状、棒状或团块状VC分布在晶界。该钢在凝固时,首先发生结晶过程L→γ从液相中析出初生γ相,随着γ相不断析出,剩余液相中合金元素含量不断富集,达到共晶成分后将先后发生L→γ+MC与L→γ+M₇C₃共晶反应。     

镍基粉末高温合金枝晶间亚稳碳化物

对急冷凝固镍基高温合金松散粉末热等静压成型合金中亚稳碳化物及其相间反应进行了研究.随着热处理温度的升高,粉末中合金元素的分布逐渐均匀化,但枝晶间MC能在较高的温度下保持稳定,使Ti和Zr在该处仍有较高含量.原始粉末中枝晶间主要分布着块状和花状的MC型碳化物,在预热处理过程中粉末枝晶间块状碳化物分解,发生M₂₃C₆和M₆C的析出反应,而花状碳化物的成分及形貌则保持相对稳定.成型合金残余枝晶间分布的碳化物主要由块状M₆C和MC及花状MC组成,形变再结晶可以促进枝晶间碳化物的溶解.     

镍基高温合金GH4738的凝固偏析和碳化物析出行为

高温合金铸锭凝固过程内部各区域散热条件不同,冷却速率存在明显差异。采用差示扫描量热分析(DSC)、高温共聚焦显微镜(HT-CLSM)原位观察和定向凝固(DS)的方法,研究了宽冷速范围下GH4738合金的凝固偏析和碳化物析出行为。结果表明, GH4738合金的凝固顺序为L→γ+L,L→γ+L+MC,L→γ+MC+η+(γ+γ′),其中MC型碳化物、η相和(γ+γ′)共晶相为合金凝固过程中的主要偏析产物;Ti、Mo元素是合金的主要枝晶间偏析元素;提高冷却速率能有效降低凝固前沿残余液相中的溶质富集程度;铸态组织中的的碳化物主要为富Ti的MC型碳化物(TiC、Ti(N)C)和以TiN或Al₂O₃为核心的MC型复合碳化物(Al₂O₃-TiC、TiN-TiC);随着冷却速率降低,碳化物平均尺寸增大,体积分数减小,形貌由小块状向长条状、汉字状和大块状演变。     

镍基高温合金GH4706析出相的热力学计算与分析

应用Thermo-Calc热力学计算软件,模拟元素含量及热处理温度对镍基高温合金GH4706平衡相析出规律的影响。结果表明:平衡析出相的种类和析出温度范围与微观组织观测和差热分析的实验结果基本一致。MC碳化物的初始析出温度随Nb、Ti含量增加而降低,而析出量主要受C含量影响;η相初始析出温度与析出量随Ti含量增加而增大,受Nb、Fe影响较小;γ'相初始析出温度与析出量随Al含量增加而升高,受Ti、Nb含量影响较小;合金凝固过程中Nb、Ti会产生显著正偏析,Cr产生负偏析;Nb、Ti含量增加提高合金初熔点,降低合金的终熔点,使凝固温度范围变窄。     

9Cr18Mo马氏体不锈钢的平衡相热力学计算

采用Thermo-Calc热力学计算软件,对9Cr18Mo马氏体不锈钢(%:0.95～1.10C、16.0～18.0Cr、0.4～0.7Mo)平衡析出相M₂₃C₆和铁素体以及非平衡凝固进行了模拟计算分析。结果表明,凝固时9Cr18Mo钢中C、Cr、Mo和Fe偏析都比较严重;C和Cr含量对M23C6析出量以及M₂₃C₆与基体中的Cr、Fe含量有一定的影响;而Mo含量的变化仅对M₂₃C₆析出量以及M₂₃C₆所含Cr、Mo元素有所影响。     

X70管线钢中含Nb相的析出行为

以首钢生产的某X70管线钢成分为基础,利用Thermo-Calc软件计算了不同温度下钢中析出相的组成、相的析出温度及Nb元素的析出规律,研究了钢中Nb和C含量对Nb析出规律的影响,利用热模拟和扫描电镜等手段分析了钢中Nb合金相的析出温度.结果表明,平衡态下该X70管线钢中的析出相主要为Ti、Nb的碳氮化物、合金渗碳体、Ti₄C₂S₂、MnS、AlN、M₇C₃和Mo碳化物.Nb析出相主要以Nb和C元素为主,其中固溶Ti和N元素.随Nb和C含量的增加,Nb合金相的析出温度升高,在同一温度下Nb的析出量增加.     

2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相的热力学计算与试验分析

 利用Thermo-Calc热力学软件计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中各个元素在成分范围内均为中值时的平衡相图,同时计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中碳、铬、钼、铌、氮元素含量变化时的平衡相图,以此分析钢中主要平衡析出相和合金元素含量对析出相析出行为的影响。为验证热力学计算的可靠性,采用XRD、SEM及TEM等分析方法对热处理后的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相类型进行了试验验证。结果表明,钢中的平衡析出相为MX相、M₂₃C₆、M₆C、Z相和Laves相。在热力学平衡条件下,MX相在850 ℃转化为Z相,M₆C在787 ℃转化为Laves相。但是在实际热处理过程,由于保温时间较短且冷却速度较快,上述转化过程不会发生,所以钢中主要析出相为MX相、M₂₃C₆和M₆C。平衡析出相种类与相分析的试验结果基本一致。MX相存在大尺寸的一次MX相和细小弥散的MX相,MX相主要受铌、氮元素影响,其析出量随氮含量升高而升高,析出温度随铌含量升高而升高;M₂₃C₆相的析出温度随碳含量增加而升高,析出量也随之升高;M₆C的析出温度随铬含量增加而降低,随钼含量增加而升高;在成分范围内,元素控制原则为增加碳含量以增加M₂₃C₆的析出强化作用,减少铬含量以避免热加工时进入δ-Fe相区,减少钼含量以降低Laves相析出倾向,减少铌含量以降低一次MX相的析出温度,氮含量需要采取中间量以减少一次MX相析出,增加低温阶段细小弥散的MX相析出。     

铪对FGH97合金平衡相影响的评估

利用材料相图计算和材料性能模拟软件JMatPro,计算了粉末高温合金FGH97热力学平衡相及相组成,研究了不同Hf含量对平衡相和相组成的影响,并结合物理化学相分析实验和显微组织观察进行了验证分析,进而揭示FGH97合金在750℃下各相析出和Hf在相间分配的规律,认清Hf在FGH97合金的作用.结果表明:FGH97合金在750℃下的平衡相包括γ、γ'、MC、M₂₃C₆、M₃B₂和μ相,Hf主要存在于γ'和MC相中,并且随着Hf含量的增大,Hf在γ'和MC相中分配不同.     

GH4710合金的相析出特征及其与热加工塑性损伤的关联性

利用Thermal Calc热力学软件、光学金相显微镜、扫描电镜等手段分析了GH4710合金原始态和不同条件热物理模拟变形后的析出相及加工损伤特征,系统研究了析出相特征与该合金热加工塑性损伤及开裂的关联性.结果表明：GH4710合金的原始组织主要由γ'、MC及M₂₃C₆碳化物、γ+γ共晶组织组成;热加工时微孑洞等损伤在MC碳化物及γ+γ共晶组织处形核后沿晶界扩展,最终相互连接导致合金大面积破坏;γ'相优先在MC碳化物及共晶组织附近析出,并通过其共格应力场的作用增加了损伤形核和扩展阻力,使合金在较低温度下的塑性损伤值明显小于高温条件下.     

合金元素对R5系泊链钢中平衡析出相的影响

采用Thermo-Calc热力学计算软件,对R5系泊链钢在400~1600℃存在的平衡析出相进行了热力学计算,并讨论了合金元素对平衡析出相的影响.结果表明,R5系泊链钢中平衡析出相主要为M₂₃C₆、M₆C、MX和AlN,其中M为Cr、Fe、Mn、Mo、Nb、Ni和V等,X为C、N和空位Va等.在此基础上讨论了合金元素C、Cr、Mo和Nb对M₂₃C₆相、M₆C相及MX相的平衡摩尔含量和平衡析出温度的影响,优化了新型R5系泊链钢的合金体系及热处理工艺,提出新型R5系泊链钢的最佳热处理工艺为920±30℃淬火和600±30℃回火,其中金属元素Mo的质量分数以0.45%为佳.     

铁对镍基铸造高温合金组织和性能的影响

本文着重研究了0~25%铁对Ni-Cr-Mo-Al-Ti型镍基铸造合金组织及性能的影响。研究表明,随含铁量增加合金中γ'数量减少,尺寸变小,形态由立方状变为球状;MC量增多,而M₂₃C₆及M₃C₂量减少;铁明显地改变合金元素在γ-γ'中的分配关系,并提高合金的平均电子空位数$\\bar N$v_v,从而促进σ相析出。随含铁量增加,合金中有害微量元素增加,铁严重地降低持久强度,但对拉伸强度影响较小,铁高时合金塑性下降。     

700℃以上超超临界电站锅炉过热器管材用典型镍基合金的平衡析出相规律

利用热力学计算软件Thermo-Calc及镍基合金数据库,计算了三种700℃以上超超临界电站用过热器管道材料Inconel740、Inconel617和GH2984合金的热力学平衡相图,并对比了三种材料主要析出相的析出行为.计算结果表明:三种合金主要的析出相包括γ、γ'、碳化物、σ、η、δ、μ及α-Cr等,凝固过程中Mo、Nb和Ti元素偏析严重,会降低合金的初熔点,因此后期均匀化退火处理十分重要.另一方面,750℃时Inconel740合金γ'相析出量大于另外两种合金,并且Al和Ti含量对γ'相和η相析出行为有较大影响.碳化物的计算表明,Inconel617合金一次碳化物与另两种合金不同,并且其二次碳化物的析出温度范围最大.GH2984合金中Fe含量较大时会导致σ相出现,对合金的性能产生不利影响.     

铸造双相不锈钢CD3MWCuN凝固与析出热力学模拟

利用FactSage 8.2热力学计算软件对铸造双相不锈钢CD3MWCuN的平衡凝固及冷却过程相变以及非平衡凝固偏析和相变规律分别进行研究。计算表明：平衡凝固及冷却过程的相变路径为：L→L+δ→L+δ+γ→L+δ+γ+N₂→δ+γ+N₂→δ+γ→δ+γ+Cr₂N→δ+γ+Cr₂N+M₂₃C₆→δ+γ+Cr₂N+M₂₃C₆+σ→γ+Cr₂N+M₂₃C₆+σ→γ+Cr₂N+M₂₃C₆+σ+Laves→γ+Cr₂N+M₂₃C₆+σ+Laves+ε-Cu→γ+Cr₂N+M₂₃C₆+σ+Laves+ε-Cu+α→γ+Cr₂     

高碳马氏体不锈钢8Cr13MoV钢铸态组织及碳化物

利用Thermo-Calc软件对8Cr13MoV马氏体不锈钢的凝固过程进行计算,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪对铸态组织和碳化物形貌以及类型进行观察与分析,利用Gleeble热模拟试验机测定材料的静态连续冷却转变曲线.结果表明,8Cr13MoV在平衡凝固条件下组织为铁素体和M₂₃C₆型碳化物,而在实际的凝固条件下,组织为铁素体、马氏体、残余奥氏体、M₇C₃型和M₂₃C₆型碳化物,由于偏析导致最终组织中碳化物以M₇C₃型为主,少量M₂₃C₆以薄片或树枝状分布在晶界上.由于较高的C和Cr含量,以0.1℃·s^-1的冷却速率冷却时,奥氏体也会发生马氏体转变.