高温合金中的相.pdf

高温合金材料的金属间化合物（（Inter-metalliccompoundphaseofsuper-alloyInter-metalliccompoundphaseofsuper-alloy））过渡族金属元素之间形成的化合物按晶体结构可分两类，一类称几何密排相（GCP 相），另一类称拓扑密排相（TCP 相）1 . .几何密排相为有序结构，高温合金中常见的有如下几种相：：丫相化学式是 Ni3A1,是 CusAu 型面心立方有序结构铁基高温合金中丫与Y基体的点阵错配度一般较小，锲基高温合金中错配度在 0.05%〜1%之间，随着使用温度升高，错配度减小由于丫与丫基体的结构相似，所以丫相在时效析出时具有弥散均匀形核、共格、质点细而间距小、相界面能低而稳定性高等特点丫相本身具有较高的强度并且在一定温度范围内随温度上升而提高，同时具有一定的塑性这些基本特点使丫相成为高温合金最主要的强化相时效析出的丫相常为方形和球形，个别情况呈片状和胞状，主要取决于析出温度和点阵错配度错配度较小或析出温度较低时易成球形，错配度大或析出温度高时易成方形，错配度很大而析出温度又较低时可成为片状和胞状高温时效时，丫相不仅在品内弥散析出，还可以在晶界析出链状的方形丫相。

在长期时效和使用过程中，丫'相会聚集长大铸态的一次（丫+浮晶呈花朵状丫相中可以溶入合金元素，钻可以置换锲，钛、锐；钥可以置换铝；而铁、铭、铝可置换锲也可置换铝丫相中含钥、钥、鸨等难熔元素增加，丫相的强度也增加当合金中丫相含量较少时，丫相尺寸大小对强度的影响十分敏感，通常 0.1〜0.5/xm 比较合适当了‘相数量达 40%以上时，丫相尺寸大小对合金强度的影响就不大敏感了，允许有大尺寸的丫相存在相化学式 NisTi 为密排六方有序相， 其组成较固定， 不易固溶其他元素.“相可以直接从丫基体中析出，也可以由高钛低铝（Ti/Al225）合金中亚稳定的 Ni3（Al,Ti）相转变而成刀相的金相形态有两种，一种是晶界胞状，另一种为晶内片状或魏氏体形态高温合金中出现.因为“相总是伴随着强度下降，因为“相本身既无硬化作用而又要消耗一部分丫相合金中减少钛含量，增加铝含量，加入适量硼可以抑止胞状”相某些铁基高温合金中加硅使生成 G 相，造成品界贫丫’区，可明显地抑止刀相刀相的析出温度范围为 700〜950c 左右冷加工能明显促进“相形成寸'相化学式为 NixNb,体心四方有序结构，金相形貌是圆盘形丫‘‘相具有高屈服强度（〜1300MP 勤特点，这是因为丫与丫‘‘之间的点阵错配度较大，共格应力强化作用显著。

丫 '相是亚稳定的过渡相，在高温长期保温下，很容易聚集长大并发生丫‘'-&Ni3Nb 转变， 因此使用温度不能超过 650〜700C0歹相析出温度约为 550〜900C,析出速度较慢，这有助于减少焊缝热影响区时效裂纹倾向，因此用寸'相强化的合金有良好的焊接性Ni—Nb 二元系中不出现丫‘‘亚稳定相，而直接形成稳定的占 Ni3Nb 相，只有加入适量的铁和铭才能形成丫‘‘相因此，用丫‘‘相强化的合金都是铁锲基合金Ni*Ni3 3NbNb 相Cu3Ti 型正交有序结构，金相形貌多数为薄片状，在 GH4169 合金（中国）中也见到晶界颗粒状的>Ni3Nb 相，在某些合金中还有胞状占 Ni3Nb 相该相析出温度约为780〜980C硅、 钥促进&Ni3Nb 相形成， 用钥代替钥可以阻止&Ni3Nb 相析出 GH4169合金中加入铝、钛可以抑止丫''-Ni3Nb 转变2 . .拓扑密排相晶体结构复杂，原子排列非常紧密，配位数高达 14〜16,原子间距极短，只存在四面体间隙高温合金中常见的有如下几种4 目属四方点阵， 最大配位数为 154目的成分范围比较宽， 锲基高温合金中为 （Cr,Mo）x（Ni,Co）y,式中 z、y 值在1〜7 之间，铁基高温合金中常为 FeCr（含 Mo）型。

主要金相形态为颗粒状和片作+）状，数量多时可呈魏氏体组织①相常在晶界形核，但也在 M23C6颗粒上形核最快析出的温度范围为 750〜870C锲阻止（4 目形成，铁、钻、铭、鸨、铝、铝、钛、硅都促进片（针）状 a相是裂纹产生和传布的通道，使合金脆化，有时还降低持久强度晶界（4 目颗粒常引起沿晶断裂，降低冲击韧性LavesLaves 相有 MgCu2型、MgZn2型和 MgNi2型 3 种晶体结构，高温合金中多属 MgZn2型Laves 相的化学式为 B2A,A 为大原子半径元素，B 为小原子半径元素低温时效呈细小颗粒状析出，高温时效时析出常呈短棒状或竹叶状，还有晶界颗粒状析出温度范围较宽，约为 6501100C,其上限温度随成分而异由于 Laves 相倾向于高温析出，所以可以利用它进行细化晶粒工艺，获得细品材料铁基高温合金容易产生 Laves 相鸨、钥、钥、铝、钛、硅等元素都促进Layes 相形成，而锲、碳、硼、皓有抑止Laves 相的作用 呈细小弥散质点析出的 Laves 相对合金有一定的硬化作用 大量针状 Layes 相会降低室温塑性少量短棒状 Laves 相没有严重的有害作用州化学式为 B7A6,属三角晶系，B 为周期表即族元素，A 为 V 族、VI 族元素。

小相的金相形态呈颗粒状、棒状、片状或针状仙相由于颗粒较大，没有强化作用，针状析出会降低室温塑性合金中铝、鸨的总量超过 10%时易形成以相B 相和 NiNi2 2AITiAITi 相B 相为体心立方有序结构，Ni2AlTi 为面心立方结构这两相的金相形态很相似，常呈块状、棒状或粗片状用碱性苦味酸溶液煮后，B 相变褐色，Ni2AITi相为杏黄色 这两种相都会降低合金力学性能 铁基高温合金中， 当钛与铝之比小于 0.5,而铝、钛总量又超过 4%时，就会析出B相如果提高钛与铝之比，B相就减少；当钛与铝之比接近 1 时，就出现Ni2AITi 相；当钛与铝之比超过1 时，Ni2AlTi 相逐步减少，Ni3（Al,Ti）就逐步变为惟一的析出相G 相分子式 A6B16C7,c 为硅原子，A 为钛族和 V 族原子，B 为钻、锲原子晶体结构为面心立方G 相的金相形貌为晶界块状，量多时可为网状少量晶界 G相对性能没有影响，含量较多时将降低持久强度3 .相分计算预测和控制 TCP 相的出现相分计算是一种预测和控制高温合金出现拓扑密排相（主要是 B 相）的重要方法，尚处于半理论半实验阶段其理论基础是根据拓扑密排相是一种电子化合物，它的形成与合金的电子空位数有关。

相分计算的要点是计算合金残余固溶体的电子空位数 NV值式中 NVIO是 j 元素的电子空位浓度，xi 为合金元素的原子百分数Nv 值大于临界值，合金会析出（4 目；小于临界值，合金组织稳定根据实践经验，锲基高温合金的临界值约为 2.50,钻基高温合金的临界值约为 2.70铁基高温合金的临界值不是一个恒定值，随成分而异，随着锲含量增加而下降中国对GH2132 合金提出了一个简便易行的相分计算公式：=3Ti-3-5AI—l*7Si-0-9Cr-4.7式中 1、3、3.5、1.7 和 0.9 分别为 Ni、Ti、Al、Si 和 Cr 的质量百分数当 ANV>0,无（4 目析出；AN'>0,有（4 目析出这样根据合金成分可以判断合金的组织稳定性用相分计算来控制其他拓扑密排相（如 Layes、卜相）的工作尚不成熟，需进一步研究。