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高温合金中的相
高温合金材料的金属间化合物
(Inter-pound phase of super-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:
γ’相
化学式是Ni3A1,是Cu3Au型面心立方有序结构。铁基高温合金中γ’与γ基体的点阵错配度一般较小,%~1%之间,随着使用温度升高,错配度减小。由于γ’与γ基体的结构相似,所以γ’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。
γ’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γ’相成为高温合金最主要的强化相。时效析出的γ’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,γ’相不仅在晶内弥散析出,还可以在晶界析出链状的方形γ’相。在长期时效和使用过程中,γ’相会聚集长大。
铸态的一次(γ+γ’)共晶呈花朵状。γ’相中可以溶入合金元素,钴可以置换镍,钛、钒;铌可以置换铝;而铁、铬、钼可置换镍也可置换铝。
γ相中含铌、钽、钨等难熔元素增加,γ’相的强度也增加。当合金中γ’相含量较少时,γ相尺寸大小对强度的影响十分敏感,~。当了’相数量达40%以上时,γ’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γ’相存在。
η相
化学式Ni3Ti为密排六方有序相,其组成较固定,不易固溶其他元素. η相可以直接从γ基体中析出,也可以由高钛低铝(Ti/Al≥)合金中亚稳定的Ni3(Al,Ti)相转变而成。η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η相总是伴随着强度下降,因为η相本身既无硬化作用而又要消耗一部分γ’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η相。某些铁基高温合金中加硅使生成G相,造成晶界贫γ’区,可明显地抑止η相。η相的析出温度范围为700~950℃左右。冷加工能明显促进η相形成。
γ′′相
化学式为NixNb,体心四方有序结构,金相形貌是圆盘形。γ′′相具有高屈服强度(≈1300MPa)的特点,这是因为γ与γ′′之间的点阵错配度较大,共格应力强化作用显著。γ′′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γ′′→δ-Ni3Nb转变,因此使用温度不能超过650~700℃。γ′′相析出温度约为550~900℃,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γ′′相强化的合金有良好的焊接性。
Ni—Nb二元系中不出现γ′′亚稳定相,而直接形成稳定的δ-Ni3Nb相,只有加入适量的铁和铬才能形成γ′′相。因此,用γ′′相强化的合金都是铁镍基合金。
δ-Ni3Nb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δ-Ni3Nb相,在某些合金中还有胞状δ-Ni3Nb相。该相析