镍基高温合金长期时效过程中第二相的析出(精)
镍基高温合金的强化原理
镍基高温合金的强化原理引言：镍基高温合金是一种具有优异高温力学性能的材料，被广泛应用于航空航天、能源和化工等领域。
其高温强化原理是该合金具有复杂的微观组织结构，其中包含了多种强化相，这些强化相通过不同的机制增强了合金的力学性能。
一、固溶强化镍基高温合金中的镍基固溶体是合金的主要组成部分，通过固溶强化可以提高合金的强度和硬度。
固溶强化是指通过将合金中的合金元素溶解到固溶体中，形成固溶体溶解度的限制，从而增强合金的力学性能。
固溶强化的效果受溶质元素浓度、溶解度和固溶体晶格结构等因素的影响。
二、析出强化镍基高温合金中的强化相主要是通过析出来增强合金的力学性能。
在合金的固溶体中，一些合金元素具有较低的溶解度，当合金冷却时，这些元素会从固溶体中析出形成强化相。
这些强化相的形态和尺寸对合金的强度和硬度起着重要的影响。
常见的强化相有γ'相、γ''相和硬质相等。
1. γ'相γ'相是一种具有面心立方结构的强化相，其组成为Ni3(Al, Ti)。
γ'相的形成可以通过固溶强化和析出强化两种机制。
固溶强化是指通过固溶体中的Al和Ti元素形成γ'相的过程，而析出强化是指通过在固溶体中析出Al和Ti元素形成γ'相的过程。
γ'相具有优异的力学性能，包括高强度、高硬度和良好的抗高温蠕变性能。
2. γ''相γ''相是一种具有体心立方结构的强化相，其组成为Ni3Nb。
γ''相的形成是通过在固溶体中析出Nb元素形成的。
γ''相具有良好的抗高温蠕变性能和高强度，但硬度相对较低。
3. 硬质相硬质相是指在镍基高温合金中析出的一些质量分数较低的元素形成的相，如硼化物、碳化物等。
硬质相具有高硬度和抗热腐蚀性能，可以有效提高合金的抗蠕变性能和抗热疲劳性能。
三、位错强化位错强化是指在晶格缺陷处形成的位错对合金的强化作用。
高温合金中镍基合金的析出相演变与力学性能研究
高温合金中镍基合金的析出相演变与力学性能研究第一章引言高温合金是一种在高温环境下具有良好性能的材料，广泛应用于航空航天、能源等领域。
镍基合金是一类重要的高温合金，在高温环境下具有优异的力学性能和抗氧化性能。
然而，随着应用环境的加剧，镍基合金的性能要求也越来越高。
在合金设计和改性方面，对于高温合金中析出相的演变与力学性能的研究变得尤为重要。
第二章析出相与微结构2.1 析出相的定义与分类高温合金中的析出相是指在固溶体基体中析出形成的第二相，它们可以显著影响合金的力学性能。
根据组成和形态的不同，析出相可以分为粗大的碳化物、硼化物、硅化物等颗粒状相和细小的间隙型或团状相。
粒状相通常对合金的强度有利，而间隙型或团状相则常常对合金的韧性产生较大影响。
2.2 析出相的形成机制析出相形成的机制多种多样，可以是固溶体相变引起的，也可以是固溶体内结构不稳定导致的。
其中，最常见的有沉淀析出、固溶体相分解和固溶体共晶反应等。
这些形成机制对于析出相的组成、形态和分布都有重要的影响。
2.3 析出相的显微组织观察方法显微组织观察是研究高温合金中析出相的重要手段，常用的观察方法包括光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等。
这些方法不仅可以观察析出相的形态、尺寸和分布，还可以获取更多的微观结构信息，如界面结构、晶粒取向等。
第三章析出相演变与力学性能3.1 析出相对力学性能的影响高温合金中的析出相可以通过多种方式影响力学性能。
在强化作用方面，粒状相通过限制晶体滑移、阻碍位错运动等方式增加合金的屈服强度和抗拉强度；间隙型或团状相则可以通过吸收和消散位错，提升合金的延展性和抗疲劳性能。
在韧性方面，粒状相的分布和尺寸对合金的韧性有着重要影响。
3.2 析出相演变与力学性能的关系高温下，合金的组织和力学性能呈现出动态平衡状态，析出相的演变对力学性能有着重要影响。
通过研究析出相的演变规律，可以得到相应的力学性能变化规律，为高温合金的设计和改性提供理论依据。
时效热处理的目的和原理
时效热处理的目的和原理目的时效热处理是金属材料加工中常用的一种热处理方法，其主要目的是通过控制材料的热处理温度和时间，改善材料的性能和特性。
时效热处理主要应用于合金材料，如铝合金、钛合金和镍基合金等，其目的包括：1.提高材料的硬度和强度：通过时效热处理，可以使合金材料中的析出相细化和均匀分布，从而提高材料的硬度和强度。
具体来说，时效热处理可以促进固溶体中原子和析出相的扩散，使析出相尺寸减小，晶体结构更加紧密，从而提高材料的硬度和强度。
2.改善材料的耐腐蚀性能：通过时效热处理可以使合金材料中的析出相对晶界和晶内存在一定的强化作用，从而提高材料的耐腐蚀性能。
同时，时效热处理还可以消除材料中的应力和缺陷，降低氧化速率，提高材料的抗腐蚀能力。
3.调控材料的组织和性能：时效热处理可以调控合金材料的组织和性能，实现材料的定向凝固、形状记忆、超塑性等特性。
通过控制时效热处理的温度和时间，可以调控合金材料中析出相的形态、数量和分布，实现材料性能的定制化。
原理时效热处理是通过在合金材料固溶处理的基础上，通过加热保温、固定时间后的快速冷却（也称为淬火）来实现的。
其主要原理包括以下几个方面：1.固溶处理：在固溶处理过程中，将合金材料加热到固溶温度，使固溶体中的溶质原子溶解在基体原子中，形成一个固溶体溶液。
固溶处理的目的是消除材料中的过饱和溶质，使各元素均匀分散，准备进行析出相的形成。
2.时效处理：固溶处理后，将材料快速冷却到时效温度进行保温。
时效温度一般低于固溶温度，但高于室温。
在保温过程中，固溶体中的溶质开始析出形成析出相，如细小的颗粒、板条状或球形等形态。
此时，析出相的形态、大小、数量和分布会对材料的性能产生重要影响。
3.淬火：在时效处理后，为了避免析出相的重新溶解，需要进行快速冷却，即淬火。
淬火的目的是尽量降低析出相再溶解的可能性，从而保持材料的优良性能。
淬火温度通常低于室温，可采用水冷、油冷或空气冷却等方式。
热处理对镍基高温合金材料高温蠕变性能的影响
热处理对镍基高温合金材料高温蠕变性能的影响热处理是一种常见的金属材料处理方法，通过对材料的加热和冷却过程进行控制，可以改变材料的微观结构和性能。
在镍基高温合金材料中，热处理对其高温蠕变性能的影响尤为重要。
本文将探讨热处理对镍基高温合金材料高温蠕变性能的影响及其机理。
一、热处理方法及工艺参数的选择在镍基高温合金材料的热处理中，常用的方法包括固溶处理、时效处理和再结晶退火等。
固溶处理主要是将合金加热至高温区，使固溶体中的溶质元素溶解进固溶体晶格中，达到均匀固溶的目的。
时效处理是在固溶处理的基础上，通过进一步调控合金的温度和时间，促使溶质元素形成有利于提高材料性能的第二相。
再结晶退火则是通过加热材料至再结晶温度，使材料重新晶粒长大，从而改善材料的塑性和韧性。
在实际应用中，需要根据具体的材料及使用条件选择合适的热处理方法和工艺参数。
例如，在高温蠕变性能要求较高的情况下，可以采用固溶处理和时效处理相结合的方法，以提高材料的强度和抗蠕变性能；而对于需要较高塑性和韧性的应用，可以选择再结晶退火处理来改善材料的塑性和韧性。
二、热处理对高温蠕变性能的影响机制热处理对镍基高温合金材料高温蠕变性能的影响主要体现在以下几个方面：1. 细化晶粒结构热处理过程中的加热和冷却过程会引起晶粒的长大或细化。
通过固溶处理和再结晶退火等热处理方法，可以使晶粒得到有效的细化，提高材料的韧性和塑性。
细小的晶粒可以增加晶界的数量，有效阻碍晶间滑移和晶内滑移的进展，从而提高材料的抗蠕变性能。
2. 优化第二相组织固溶处理和时效处理可以促使溶质元素形成有利于提高材料性能的第二相。
第二相的生成可以增强材料的硬度和强度，改善材料的抗蠕变性能。
通过选择合适的热处理工艺参数，可以调控第二相的类型、尺寸和分布，进一步优化材料的高温蠕变性能。
3. 调整晶体缺陷结构热处理可以引起晶体缺陷结构的变化，包括位错密度、位错类型和晶界能量等。
这些缺陷结构的变化会影响材料的塑性和韧性，从而对高温蠕变性能产生影响。
镍基高温合金中碳化物的析出行为和控制机制基础研究
一、概述镍基高温合金作为一种重要的结构材料，在航空航天、能源等领域有着广泛的应用。
其中，碳化物作为一种常见的析出相，对镍基高温合金的性能具有重要影响。
对碳化物的析出行为和控制机制进行基础研究具有重要意义。
二、碳化物的析出行为1. 碳化物的种类在镍基高温合金中，常见的碳化物有M23C6、M7C3等。
它们具有不同的晶体结构和析出方式，对合金的性能影响也不同。
2. 碳化物的析出温度镍基高温合金在高温下，碳化物的析出温度是一个重要参数。
通过实验和模拟计算，可以确定不同条件下碳化物的析出温度范围，为控制碳化物的析出提供依据。
三、碳化物的控制机制1. 合金成分对碳化物析出的影响合金中的元素对碳化物的析出有着重要的影响。
Mo、W等元素可以抑制碳化物的析出，而C、Cr等元素则促进碳化物的析出。
2. 热处理工艺对碳化物析出的影响合金的热处理工艺对碳化物的析出也有着重要影响。
控制合金的冷却速率、退火温度等参数可以调控碳化物的析出量和尺寸。
四、碳化物的控制方法1. 元素设计通过合金元素的设计，可以调控碳化物的析出行为，减少碳化物对合金性能的不利影响。
2. 热处理优化合理的热处理工艺可以控制碳化物的析出，提高合金的性能稳定性。
五、结论对镍基高温合金中碳化物的析出行为和控制机制进行基础研究，有利于优化合金的配方和热处理工艺，提高合金的性能和稳定性，促进镍基高温合金在航空航天和能源领域的应用。
同时也为相关领域的研究提供了一定的理论基础和实验依据。
六、碳化物的析出行为进一步研究1. 碳化物的形貌和分布除了了解碳化物的种类和析出温度外，研究碳化物的形貌和分布也是十分重要的。
研究发现，碳化物的形貌和尺寸会对合金的力学性能和抗蠕变性能产生重要影响，因此需要对碳化物的形貌和分布进行深入研究。
2. 碳化物的生长动力学碳化物的生长速率和生长方式对合金的性能影响显著。
通过实验和理论模拟，可以进一步研究碳化物的生长动力学，揭示碳化物析出的机理和规律。
K44镍基高温合金长期时效过程中γ'相粗化对拉伸性能的影响
关 键 词 镍基高温合金 Ｋ４ ， ４ 长期时效，沉淀相，强化理论
中图法分类号 ＴＧ１ １８ １ ．
文献标识码
Ａ
文章编号 ０ １ —１ ６ （０ ６０ — ４ １ ６ ４ ２ ９ １２ ０ ）５ ０ ８ —０
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新型Ni_Cr_Co基高温合金长期时效后的相分析
文章编号:1000-7571(2003)02-0005-04新型Ni 2Cr 2Co 基高温合金长期时效后的相分析赵双群1,23,董建新1,刘仲青1,谢锡善1,卢翠芬3(11北京科技大学材料学院,北京 100083;21宁夏大学物理系,宁夏银川 750021;31钢铁研究总院相分析实验室,北京 100081)摘 要:采用物理化学相分析技术研究了一种新型Ni 2Cr 2Co 基高温合金长期时效后的析出相γ′(+η),M 23C 6,MC 和M 6C (+μ)的相组成,分析了时效温度和时效时间对析出相含量的影响,并用X 射线小角散射(SAXS )分析了γ′(+η)相在不同粒度间隔的质量分布。
关键词:Ni 2Cr 2Co 基高温合金;物理化学相分析;X 射线小角散射中图分类号:O65816 文献标识码:A收稿日期:2002-04-05作者简介:赵双群(1969-)男(汉族),河南南阳人,博士生。
为发展21世纪高热效率燃煤火力发电汽轮机机组,美国特殊金属公司设计了一种新型高强耐蚀Ni 2Cr 2Co 基高温合金,以满足3715MPa/700℃超超临界蒸汽参数过热器/再热器管材的需求,合金的组织稳定性成为合金使用过程中的关键因素。
物理化学相分析技术不仅可以完全分离出所有的析出相,而且可以准确定出析出相的组成,而合金元素在基体和析出相间的分配,将直接影响合金的耐蚀性能。
本文根据物理化学相分析的基本原理[1],参考其在高温合金和耐热钢中的应用[2,3],选用合适的分离制度,分析研究了该实验合金长期时效后的析出相γ′(+η),M 23C 6,MC 和M 6C (+μ)等的变化规律,并用X 射线小角散射技术(SAXS )测量了析出相γ′(+η)的粒度分布情况。
1 实验部分111 实验材料实验合金中成分的质量分数(%)为:C :01034,Fe :1102,Mn :0127,Si :0145,Cr :24131,Co :19163,Al :0175,Ti :1158,Nb :1183,Mo :0152,Zr :01017,Ta :01002,Ni 基。
高温合金的析出相行为
高温合金的析出相行为导言高温合金是一类特殊的合金材料，具有优异的耐热和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、能源和石化等领域。
高温合金的析出相行为是其性能优劣的关键因素之一。
本文将从原理和应用两个方面探讨高温合金的析出相行为。
一、高温合金的析出相原理高温合金的析出相指的是在高温条件下，合金中的某些元素形成一定的晶体结构，从而提高合金的硬度和强度。
析出相的形成取决于合金中元素的浓度、温度和热处理过程等因素。
1. 化学成分高温合金通常包含铁、镍、钴等基础金属元素以及铝、钛、铌等合金元素。
不同元素之间的相互作用会导致析出相的不同形态和行为。
2. 温度效应温度是高温合金析出相行为的重要影响因素。
在高温条件下，合金中的元素会发生扩散，从而促进析出相的形成。
合理的温度控制可以获得理想的析出相结构。
3. 热处理合金的热处理过程对于析出相的形成和稳定性具有重要影响。
通常包括加热、保温和冷却等步骤，并根据所需的析出相结构进行合理的处理参数选择。
二、高温合金析出相的应用高温合金的析出相行为对于材料的性能和应用具有重要影响，其应用广泛涉及航空航天、能源和石化等各个领域。
1. 航空航天领域高温合金在航空发动机中的应用是其中的一个重要领域。
通过合理控制析出相的行为，可以提高发动机的耐高温热稳定性和耐热疲劳性能，从而提高发动机的工作效率和寿命。
2. 能源领域高温合金在燃气轮机、核能和化学工业等能源领域的应用也非常广泛。
通过调控析出相的行为，可以提高设备的耐高温性能和抗腐蚀性能，确保设备的长期稳定运行。
3. 石化领域在石油和化工等领域，高温合金也被用于制备催化剂和反应器等设备。
析出相的行为影响着催化剂的活性和稳定性，从而影响化学反应的效率和产物选择。
结论高温合金的析出相行为是影响其性能和应用的重要因素。
深入理解高温合金析出相的原理和应用，可以为合金的设计和制备提供重要的指导。
随着材料科学和工程技术的进步，高温合金的析出相行为研究将进一步推动材料性能的优化和应用的发展。
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γ′相 、碳化物和 TCP 相是高温合金中的主要
收稿日期 : 2004207214 基金项目 : 国家十五科技攻关专项 (0050390B) · 作者简介 : 张小彬 (1979 - ) ,男 ,山东高唐人 ,东北大学博士研究生 ; 刘常升 (1963 - ) ,男 ,内蒙古奈曼旗人 ,东北大学教授 ,博士生
中图分类号 : V 25 文献标识码 : A
在现有的高温合金中 ,镍基高温合金使用最 为广泛[1] ,本合金成分复杂 ,固溶制度已经选为 1 120 ℃固溶 20 min + 水冷·高温合金的时效处 理 ,也称第二相沉淀处理 ,其目的是在合金基体中 析出一定数量和大小的强化相·镍基高温合金主 要以 γ′相强化[2～4 ] ·合金在时效过程之中 ,还会 析出碳化物 , TCP 相等[5 ]·其中 ,碳化物对合金的 强化作用也很不相同[6 ,7 ] ; 而 TCP 相 (拓扑密排 相) 的析出则会带来合金的强度 、韧性 、蠕变等性 能的 显 著 下 降 , 是 合 金 组 织 中 所 不 希 望 出 现 的[7 ,8 ]·本实验主要通过对固溶处理后的试样进 行不同的温度与时间的时效处理后研究合金在不 同长期时效制度下的 γ′相 、碳化物和 TCP 相的 析出规律·
子探针等测试手段进行了观察与分析·发现碳化物和 TCP 相的析出有着类似之处 ,都在 800 ℃时 效时比在更高温度时效容易析出 ,颗粒尺寸也大于 900 ℃时效时的尺寸 ;观察到析出碳化物种类 有 M23C6 型 、M7C3 型 ; TCP 相种类有 μ相 、σ相·通过测量 γ′相的平均半径得到其析出特性符合里 夫希茨·瓦格纳的第二相粒子成熟理论·相与组织的准确确定 ,为其后确定合金的拉伸与持久性能 提供了有力的分析基础· 关 键 词 : 高温合金 ;长期时效 ;碳化物 ; TCP 相 ;γ′相
导师 ; 杨洪才 (1936 - ) ,男 ,河北抚宁人 ,东北大学教授 ,博士生导师·
254
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
东北大学学报 (自然科学版) 第 26 卷
析出相 ,长期时效过程中它们在 γ相基体析出的 特性是不相同的· 2. 1 碳化物和 TCP 相析出特性
图 1 为合金在不同时效处理制度下的扫描电 镜组织照片·图中块状与颗粒状相为碳化物 ,针状 相则为 TCP 相·可以清楚地看出 :碳化物在晶内 和晶界上均有析出 ,并且晶界上的碳化物要生长 得更快更大·碳化物与 TCP 相的析出特性有着类 似之处 ,在 800 ℃时效时的长大速度也明显大于
1 实验方法
实验用料为高温合金板材 ,取自抚顺钢厂提 供的双真空感应炉冶炼 Φ250 mm 自耗锭 ,30 t 蒸 汽锤锻造成 70 cm ×180 cm 钢坯 ,轧制成 115 mm 厚的板材·合金成分 (质量分数/ %) 为 :C 01038 ,S 010012 , Si 0108 ,Mn 0102 ,Cr 19197 , W 9199 ,Mo 5112 ,Al 2118 , Ti 2119 (其余为镍) ,试样的固溶处
图 1 SEM 组织 Fig. 1 SEM image s
(a) —800 ℃×200 h ; (b) —800 ℃×1 000 h ; (c) —900 ℃×200 h ; (d) —900 ℃×1 000 h·
图 2 TCP 相的 TEM 图像 Fig. 2 TEM image s of TCP pha se
利用线切割方法切下大小适中的所需试样· 在由粗到细的砂纸上仔细磨光并抛光·利用腐蚀 液 : HCl (20 ml) + C2 H5O H (80 ml) + CuSO4 (4 g) 进行腐蚀 ,直至在光学显微镜下看到没有明显的 划痕 ,并且可以清晰地看到晶界与部分晶内析出 相 (长期时效试样) 为止 ,利用扫描电镜进行观察 、 电子探针分析并照相·
理制度为 1 120 ℃×20 min + 水冷 ;时效处理制度 则分别为 :800 ℃×100 h ,200 h ,500 h ,1 000 h和 900 ℃×100 h ,200 h ,500 h ,1 000 h· 1. 1 透射电镜观察
在试样上用线切割机分别截下 014～015 mm 厚的薄片 ,经人工减薄至 20～30μm 后 ,冲成 Φ3 mm 小圆片各 5 个 ,再在 M TP21 磁力驱动双喷电 解减薄器上最终减薄 , 电解液为 10 % HClO4 + 90 %C2 H5OH ,抛光电压 50～75 V ,电流 50 mA , 双喷时利用干冰将电解温度控制在 - 25～ - 30 ℃之内·利用透射电镜进行观察并照相 、确定晶体 结构· 1. 2 扫描电镜观察
张小彬 , 刘常升 , 吕俊英 , 杨洪才
(东北大学 材料与冶金学院 , 辽宁 沈阳 110004)
摘 要 : 为考察合金在高温长期时效过程中的组织变化情况 ,使合金分别在 800 ℃,900 ℃进
行了 100～1 000 h 的长期时效 ,并对由镍基基体上析出的第二相粒子利用扫描电镜 、透射电镜 、电
900 ℃时效时的长大速度·这种现象是由于它们 之间晶体结构的类似所造成的[9 ,10 ]·
利用电子探针对观察到的晶内碳化物与晶界 碳化物进行成分探测 ,由碳化物中碳元素与合金 元素的比例关系可以推断出碳化物的类型是 M23C6 ,M7C3 等·
通过透射电镜观察到的 GH4199 合金在不同 时效制度下的 TCP 相形貌及衍射斑点如图 2 所 示·
第26卷第4期 2005 年 4 月
东北大学学报 (自然科学版) Journal of Nort heastern University (Nat ural Science)
文章编号 : 100523026 (2005) 0420355204
Vol126 ,No. 4 Apr. 2 0 0 5
镍基高温合金长期时效 过程中第二相的析出
(a) —800 ℃×1 000 h ; (b) —图 2a 的衍射斑点 ; (c) —900 ℃×1 000 h ; (d) —图 2c 的衍射斑点·