高溫合金中的相.doc

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1、高溫合金材料的金屬間化合物(Inter-metallic?compound?phase?of?super-alloy)過渡族金屬元素之間形成的化合物。按晶體結(jié)構(gòu)可分兩類，一類稱幾何密排相(GCP相)，另一類稱拓撲密排相(TCP相)。1.幾何密排相為有序結(jié)構(gòu)，高溫合金中常見的有如下幾種相:γ’相?化學式是Ni3A1，是Cu3Au型面心立方有序結(jié)構(gòu)。鐵基高溫合金中γ’與γ基體的點陣錯配度一般較小，鎳基高溫合金中錯配度在0.05％～1％之間，隨著使用溫度升高，錯配度減小。由于γ’與γ基體的結(jié)構(gòu)相似，所以γ’相在時效析出時具有彌散均勻形核、共格、質(zhì)點細而間距小、相界面能低

2、而穩(wěn)定性高等特點。γ’相本身具有較高的強度并且在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度上升而提高，同時具有一定的塑性。這些基本特點使γ’相成為高溫合金最主要的強化相。時效析出的γ’相常為方形和球形，個別情況呈片狀和胞狀，主要取決于析出溫度和點陣錯配度。錯配度較小或析出溫度較低時易成球形，錯配度大或析出溫度高時易成方形，錯配度很大而析出溫度又較低時可成為片狀和胞狀。高溫時效時，γ’相不僅在晶內(nèi)彌散析出，還可以在晶界析出鏈狀的方形γ’相。在長期時效和使用過程中，γ’相會聚集長大。鑄態(tài)的一次(γ+γ’)共晶呈花朵狀。γ’相中可以溶入合金元素，鈷可以置換鎳，鈦、釩；鈮可以置換鋁；而鐵、鉻、

3、鉬可置換鎳也可置換鋁。γ相中含鈮、鉭、鎢等難熔元素增加，γ’相的強度也增加。當合金中γ’相含量較少時，γ相尺寸大小對強度的影響十分敏感，通常0.1～0.5／xm比較合適。當了’相數(shù)量達40％以上時，γ’相尺寸大小對合金強度的影響就不大敏感了，允許有大尺寸的γ’相存在。η相化學式Ni3Ti為密排六方有序相，其組成較固定，不易固溶其他元素.η相可以直接從γ基體中析出，也可以由高鈦低鋁(Ti/Al≥2．5)合金中亞穩(wěn)定的Ni3(Al，Ti)相轉(zhuǎn)變而成。η相的金相形態(tài)有兩種，一種是晶界胞狀，另一種為晶內(nèi)片狀或魏氏體形態(tài)。高溫合金中出現(xiàn)．?因為η相總是伴隨著強度下降，因為η

4、相本身既無硬化作用而又要消耗一部分γ’相。合金中減少鈦含量，增加鋁含量，加入適量硼可以抑止胞狀η相。某些鐵基高溫合金中加硅使生成G相，造成晶界貧γ’區(qū)，可明顯地抑止η相。η相的析出溫度范圍為700～950℃左右。冷加工能明顯促進η相形成。?γ′′相?化學式為NixNb，體心四方有序結(jié)構(gòu)，金相形貌是圓盤形。γ′′相具有高屈服強度(≈1300MPa)的特點，這是因為γ與γ′′之間的點陣錯配度較大，共格應力強化作用顯著。γ′′相是亞穩(wěn)定的過渡相，在高溫長期保溫下，很容易聚集長大并發(fā)生γ′′→δ-Ni3Nb轉(zhuǎn)變，因此使用溫度不能超過650～700℃。γ′′相析出溫度約為5

5、50～900℃，析出速度較慢，這有助于減少焊縫熱影響區(qū)時效裂紋傾向，因此用γ′′相強化的合金有良好的焊接性。Ni—Nb二元系中不出現(xiàn)γ′′亞穩(wěn)定相，而直接形成穩(wěn)定的δ-Ni3Nb相，只有加入適量的鐵和鉻才能形成γ′′相。因此，用γ′′相強化的合金都是鐵鎳基合金。δ-Ni3Nb相Cu3Ti型正交有序結(jié)構(gòu)，金相形貌多數(shù)為薄片狀，在GH4169合金(中國)中也見到晶界顆粒狀的δ-Ni3Nb相，在某些合金中還有胞狀δ-Ni3Nb相。該相析出溫度約為780～980℃。硅、鈮促進δ-Ni3Nb相形成，用鉭代替鈮可以阻止δ-Ni3Nb相析出。GH4169合金中加入鋁、鈦可以抑止

6、γ’’→δ-Ni3Nb轉(zhuǎn)變。1.拓撲密排相??晶體結(jié)構(gòu)復雜，原子排列非常緊密，配位數(shù)高達14～16，原子間距極短，只存在四面體間隙。高溫合金中常見的有如下幾種。σ相?屬四方點陣，最大配位數(shù)為15。σ相的成分范圍比較寬，鎳基高溫合金中為(Cr，Mo)x(Ni，Co)y，式中z、y值在1～7之間，鐵基高溫合金中常為FeCr(含Mo)型。主要金相形態(tài)為顆粒狀和片(針)狀，數(shù)量多時可呈魏氏體組織。σ相常在晶界形核，但也在M23C6顆粒上形核。最快析出的溫度范圍為750～870C。鎳阻止σ相形成，鐵、鈷、鉻、鎢、鉬、鋁、鈦、硅都促進。相形成。片(針)狀a相是裂紋產(chǎn)生和傳布的

7、通道，使合金脆化，有時還降低持久強度。晶界σ相顆粒常引起沿晶斷裂，降低沖擊韌性。Laves相?有MgCu2型、MgZn2型和MgNi2型3種晶體結(jié)構(gòu)，高溫合金中多屬MgZn2型。Laves相的化學式為B2A，A為大原子半徑元素，B為小原子半徑元素。低溫時效呈細小顆粒狀析出，高溫時效時析出常呈短棒狀或竹葉狀，還有晶界顆粒狀。析出溫度范圍較寬，約為650～1100℃，其上限溫度隨成分而異。由于Laves相傾向于高溫析出，所以可以利用它進行細化晶粒工藝，獲得細晶材料。鐵基高溫合金容易產(chǎn)生Laves相。鎢、鉬、鈮、鋁、鈦、硅等元素都促進Layes相形成，而鎳、碳、硼、鋯有

8、抑止Lav