钴基合金滚轮金相分析
一种高Al钴基高温合金Laves相回溶规律分析
50宝钢技术2022年第6期一种高A1钻基高温合金Laves相回溶规律分析赵雅婷，马天军，田沛玉(宝武特种冶金有限公司，上海200940)摘要:GH6783合金是我国近年研制的第四代低膨胀钴基变形高温合金，由于合金中(A1 +Nb)含量达到8.4%,使得合金铸锭成分容易产生枝晶偏析，出现低熔点共晶相，严重制约着合金热加工性能及质量的提高。
因此，解决偏析问题对改善合金加工塑性及组织均匀非常重要，而掌握Laws相回溶规律成为消除合金Nb元素枝晶偏析首要解决的问题。
为了掌握其回溶规律，测量分析了GH6773合金钢锭Laws相的初熔点，并对其进行了探讨，以期能为后期解决GH6783合金钢锭偏析问题提供可靠的理论基础。
关键词：Laws相；偏析；回溶中图分类号:TG142.1文献标志码：B文章编号：1008-0716(2020)06-0050-03doi：10.3969/j.issn.1008-0716.2020.•G.009Analysis of Laws phase dissolution in a high A1Cobalt-based superalloyZHAO Yating,MA Tianjun and TIAN Peiyu(BAOWU Special MetaHuras Co.,Ltd.,Shanghai200942,China)Abstract:GH6783Ploy is thv foorth-gev eratiod low-expansioo codalt-basey dVoonV superallop dewlopeV in China in recevt pvo.Thv At+Nb contevt of0—allop reachcs8.4%,which mavs thv allop inaot evsy to proyuco deynopo seyreyatioy ant low meltina point evtecho ppasi, which serioystp the improvemeyt of hot-woraina perfoonancy ant qudlity of the Hpp•Therefora,solvina the scvo—tion is wa impoOant te lNprovv the processina plasticite ant microstractura uniformite of the Ploy,and masterina the L pws ppasi bachWissolution law hps become the priNara solution te elimina-y the deynri-y seyreyation of the allop•In ot O ct te ozsp the law of V s dissolutiop,this pdpvr mevsures ant analyzes the initiaO meltina of Laves ppaso of GH6783inao-,and dischsses it in orOet te provine a reliante theoreticht basis fot solvina the seyreyatiop protlem of GH6773O uzKer worat:laves phase;seyreyatiop;bpch-dissolutiopGH6783合金是Fe-Ni-Wo基的低膨胀高温合金，由于加入了3%的Nb和5.4%的At[1-2],使该合金在具有较低热膨胀系数的同时，也具有良好的抗氧化和抗缺口敏感性能。
合金的结晶过程较为复杂,通常运用合金相图来分析合金结晶...
LE C N
恒温
3）cf：为Sn在Pb中的溶解度线（或α相的固溶线）。温度降低， 固溶体的溶解度下降。从固态α相中析出的β相称为二次β，常 写作βⅡ。这种二次结晶可表示为：α→βⅡ 。 4）eg：为Pb在Sn中溶解度线（或相的固溶线）。Sn含量小于g 点的合金，冷却过程中同样发生二次结晶，析出二次α；即 β→αⅡ。
2）固溶体结晶是在一个温度区间内进行，即 为一个变温结晶过程。
工程材料原理
温 度 L4 A 1083℃ L3 L2 t4
I L1 t3
L L+α t α 1 t2 α α 3 2
B 1452℃
1
L L α
、α 4 3
α
α
Cu
XL X0 Xα Ni % Ni （a） （b） 图3-4 Cu-Ni合金相图
工程材料原理
1. 发生匀晶反应的合金的结晶
匀晶转变：从液相中不断结晶出单相固溶体的过程 称为匀晶转变。 匀晶相图：二组元在液态、固态时均能无限互溶的 二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合金系 称为匀晶系。 属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、AgAu、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等。几乎所有二元合 金相图都包含有匀晶转变部分，因此掌握这一类 相图是学习二元合金相图的基础。
20%Ni
1. 纯金属冷却曲线上有水平台阶，是 TNi 因为凝固时释放的结晶潜热补偿了 冷却时的热量散失，故温度不变； 说明纯金属凝固是恒温过程；
T2. Cu
100%Cu
时间
Cu-Ni合金相图的测绘 冷却曲线
合金冷却出现二次转折，是因为合 金凝固时释放的结晶潜热只能部分 补偿冷却时的热量散失，使冷却速 Cu 20 40 60 80 Ni 率降低，出现第一个拐点，凝固结 Ni % 束后，没有潜热补偿，冷却速率加 快，出现第二个拐点，两个点分别 为凝固开始点和凝固结束点。
钴基铸造高温合金K6509的研究
钴基铸造⾼温合⾦K6509的研究钴基铸造⾼温合⾦K6509的研究Study on Co bas ed Superalloy K6509张强,张宏炜,贾新云,谭永宁,黄朝晖(北京航空材料研究院先进⾼温结构材料国防重点试验室,北京100095) ZH ANG Qiang,ZH AN G H ong wei,JIA Xin yun,TAN Yong ning,H U ANG Zhao hui(National Key Laboratory of Advanced H igh T emperature StructuralMaterials,Beijing Institute of Aeronautical Materials,Beijing100095,China)摘要:K6509合⾦是本院新研制的钴基⾼温合⾦,将主要⽤于涡轮发动机的导向叶⽚材料,具有较⾼的持久性能,适⽤于铸造复杂型腔的薄壁空⼼叶⽚。
本⽂主要介绍了合⾦的成分特点,主要的物理和⼒学性能,并与K640,DZ40M合⾦的⼒学性能做了对⽐。
关键词:钴基⾼温合⾦;⼒学性能;微观组织中图分类号:TG1461⽂献标识码:A⽂章编号:10014381(2009)Suppl1014204Abstr act:K6509alloy is a newly developed Co based superalloy,mainly designed for turbine vane ap plications.The alloy has excellent stress r upture properties,which is suitable for complex cored thin wall airfoils.The composition and physical and mechanical properties are introduced.The mechanical properties of this alloy are compared with K640and DZ40M.Key words:cobalt base super alloy;mechanical property;microstr ucture⾼温合⾦被⼴泛应⽤于飞机、船舶、车辆的燃⽓涡轮机和⽤作宇宙飞⾏器、⽕箭发动机、核反应堆、蒸汽动⼒发电⼚装置、⽯油化⼯设备以及其它⽤途中的耐⾼温材料。
司太立stellite 6钴基合金化学成分司太立6硬度
司太立stellite 6商标和化学成分商标碳锰硅铬镍钼钨钴铁其他密度 g/cm3 硬度 HRCStellite12 1.10-1.70 1.00 1.00 28.0-32.0 3.00 7.00-9.50 Bal. 3.00 P.03MAX S.03MAX8.40 44-49stellite 6以及固溶强化或分出强化等效果。
工作环境超恶劣：镍基合金被广泛用于各种苛刻之使用条件，如航天飞行引擎燃气室的高温高压部份、核能、石油、海洋工业之结构件，耐蚀管线等。
Stellite合金功能特点一般钴基高温合金短少共格的强化相，尽管中温强度低(只有镍基合金的50-75%)，但在高于980℃时具有较高的强度、杰出的抗热疲惫、抗热腐蚀和耐磨蚀功能，且有较好的焊接性。
适于制造航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等。
碳化物强化相钴基高温合金中最主要的碳化物是MC，M23C6和M6C在铸造Stellite合金中，M23C6是缓慢冷却时在晶界和枝晶间分出的。
在有些合金中，细小的M23C6能与基体γ构成共晶体。
MC碳化物颗粒过大，不能对位错直接发生显着的影响，因而对合金的强化效果不显着，而细小弥散的碳化物则有杰出的强化效果。
位于晶界上的碳化物(主要是M23C6)能阻止晶界滑移，然后改进耐久强度，钴基高温合金HA-31(X-40)的显微安排为弥散的强化相为(CoCrW)6 C型碳化物。
在某些Stellite合金中会出现的拓扑密排相如西格玛相和Laves等是有害的，会使合金变脆。
Stellite合金较少使用金属间化合物进行强化，因为Co3 (Ti﹐Al)﹑Co3Ta等在高温下不够稳定，但近年来使用金属间化合物进行强化的Stellite合金也有所发展。
Stellite合金中碳化物的热稳定性较好。
温度上升时﹐碳化物集聚长大速度比镍基合金中的γ相长大速度要慢，重新回溶于基体的温度也较高(高可达1100℃)，因而在温度上升时﹐Stellite合金的强度下降一般比较缓慢。
司太立合金stellite详细介绍
司太立合金知识：司太立钴基1号焊丝相当AWS ERCoCr-C主要特征及用途：高碳Co-Cr-W合金堆焊焊丝，耐磨性、耐蚀性好。
但抗冲击韧度差主要用于牙轮钻头轴承、锅炉旋转叶片等磨损部件的堆焊堆焊层硬度HRC：≥52司太立钴基4号焊丝主要特征及用途用于较高耐磨损性能，极好的高温强及耐腐蚀性能。
用于铜，铝合金热压模，热挤压模，干电池模具等。
堆焊层硬度HRC：46-50司太立钴基6号焊丝相当AWS ERCoCr-A主要特征及用途：Co106钻基堆焊焊丝是Co-Cr-W堆焊合金中C及W含量最低、韧性最好的一种。
能承受冷热条件下的冲击，产生裂纹的倾向小，具有良好的耐蚀、耐热和耐磨性能。
主要用于要求在高温工作时能保持良好的耐磨性及耐蚀性，如高温、高压阀门、热剪切刀刃、热锻模等堆焊层硬度HRC：40-45司太立钴基12号焊丝相当AWS ERCoCr-B主要特征及用途：Co112针基堆焊焊丝，在Co-Cr-W堆焊合金中具有中等硬度，耐磨性比HS111好，但塑性稍差，具有良好的耐蚀、耐热及耐磨性能，在650℃左右高温下仍能保持这些特性。
主要用于高温、高压阀门、内燃机阀、高压泵轴套和内衬套筒、热轧辊孔型等堆焊堆焊层硬度HRC：45-50司太立钴基20号焊丝主要特征及用途：Co120钴基堆焊焊丝，硬度高，耐磨性非常好，但抗冲击性较差，堆焊时产生裂纹倾向大，具有良好的耐蚀、耐热、耐磨性能，在650℃左右仍可保持这些性能。
主要用于牙轮钻头轴承、锅炉的旋转叶片、粉碎机刃口、螺旋送料机等堆焊堆焊层硬度HRC：55-60钴基堆焊焊丝产品简介如下：HS 111钴基焊丝相当AWS ERCoCr-A主要特征及用途：HS111钻基堆焊焊丝是Co-Cr-W堆焊合金中C及W含量最低、韧性最好的一种。
能承受冷热条件下的冲击，产生裂纹的倾向小，具有良好的耐蚀、耐热和耐磨性能。
主要用于要求在高温工作时能保持良好的耐磨性及耐蚀性，如高温、高压阀门、热剪切刀刃、热锻模等堆焊层硬度HRC：40-45HS 112钴基焊丝相当AWS RCoCr-B主要特征及用途：HS112钴基堆焊焊丝，在Co-Cr-W堆焊合金中具有中等硬度，耐磨性比HS111好，但塑性稍差，具有良好的耐蚀、耐热及耐磨性能，在650℃左右高温下仍能保持这些特性。
钴基合金和镍基合金的对比分析
钴基合金和镍基合金的对比一、热稳定性钴基高温合金被选择为航空材料的重要原因之一是其具有优良的热稳定性。
钴基高温合金与镍基高温合金相比，具有更好的热稳定性。
下面为一组典型的钴基高温合金与镍基高温合金在热稳定性能上的对比数据：由数据可见，钴基合金具有更高的熔点和热导率，加热后热膨胀量较小。
在热稳定性上具有优势。
二、强度在常温下， GH605（钴基合金）与GH4169（镍基合金）力学性能见下表：由此可见，在常温下GH605强度略低，但延伸率较大。
GH4169的高强度带来了巨大的脆性，在有冲击的位置需谨慎使用。
在高温下，两种材料强度如下：从高温强度来看650℃时，GH4169强度较高，但脆性也大，在有冲击的场合下使用容易发生断裂。
当温度上升到900℃（某些发动机的工作温度）时，镍基高温合金已无法使用，而钴基高温合金仍然具有一定的强度。
三、刚度所谓刚度即为材料抵抗变形的能力。
通过一组数据来反映钴基高温合金与镍基高温合金的刚度上的差异。
从表格数据可看，镍基合金在各个温度区间刚度都低于钴基合金，且温度高于700℃，镍基合金已无法使用。
四、钴基高温合金具有良好的抗氧化性钴基高温合金拥有非常好的抗高温氧化能力，下表为GH605棒料（棒料直径为6.35~12.7mm）在高温下的抗氧化性能指标。
可见钴基高温合金抵抗高温氧化的能力卓越，可以在1000℃左右的环境中连续使用。
五、钴基高温合金具有优良的耐腐蚀能力GH605合金与GH3536等几种合金板材，在燃气速度为4m/s，燃烧空气中含5-6或5-5海盐、NO.2号燃油（含0.3%~0.45%硫），空气-油比例为30:1，试验中试样旋转，每隔1h试样从900℃用冷空气吹冷至260℃以下，如此在燃烧装置中循环试验200h后的动态热腐蚀试验结果见下图：单面金属损失成受损伤的金属/mm其中，金属损失=受损伤的金属+最大氧化深度。
图中GH3536、GH3625均为镍基合金，而GH605为钴基合金，由图可以看出，GH605的金属损失部分明显小于其他两种镍基合金。
金相分析
铁素体奥氏体型双相不锈钢α－相面积含量金相测定法 铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法 奥氏体不锈钢中α－相面积含量金相测定法 0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)+马氏体沉淀硬化不锈钢金相检验
(4) 化学热处理及感应淬火 1 GB/T 11354-2005 钢铁零件 渗氮层深度测定和金相组织检验 2 GB/T 9450-2005 钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核 3 JB/T 7710-1995 薄层碳氮共渗或薄层渗碳钢件显微组织检测 4 QCn 29018-1991 汽车碳氮共渗齿轮金相检验 5 QC-T 262-1999 汽车渗碳齿轮金相检验 6 TB/T 2254-1991 机车牵引用渗碳淬硬齿轮金相检验 7 JB/T 6141.1-1992 重载齿轮 渗碳层球化处理后金相检验 8 JB/T 6141.2-1992 重载齿轮 渗碳质量检验 9 JB/ T6141.3-1992 重载齿轮 渗碳金相检验 10 JB/T 6141.4-1992 重载齿轮 渗碳表面碳含量金相判别法 11 GB/T 5617-2005 钢的感应淬火或火焰淬火有效硬化层深度的测定 12 GB/T 9451-2005 钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定 13 JB/T 9204-1999 钢件感应淬火金相检验 14 JB/T 9205-1999 珠光体球墨铸铁零件感应淬火金相检验 15 NJ 305-1983 渗碳齿轮感应加热淬火金相检验 16 QC/T 502-1999 汽车感应淬火零件金相检验 17 CB/T3385-1991 钢铁零件渗氮层深度测定方法
国外部分金相检验标准
ASTM E3-2001 金相试样制备规程 ASTM E7-2003 有关金相学的术语 ASTM E1558-1999(2004) 金相试样电解抛光指南 ASTM E2014-1999(2005) 金相实验室安全指南 ASTM E340-2000e1 金属和合金宏观侵蚀的试验方法 ASTM E407-1999 微观侵蚀金属和合金的试验方法 ASTM E45-1997(2002) 测定钢中夹杂物含量的规程 ASTM E768-1999(2005) 钢夹杂物自动检验用试样的制备及评定规程 ASTM E2142-2001 用扫描电子显微镜评定和分类钢中夹杂物的试验方法 ASTM E2283-2003 钢和其它大结构零件中中非金属夹杂物极端值分析规程 ASTM E112-1996(2004) 测定平均粒径的试验方法 ASTM E930-1999 评估冶金相学部分中观测到的最大晶粒（ALA粒径）的试验方法 ASTM E1382-1997(2004) 用半自动和自动成像分析法测定平均粒度的试验方法 ASTM E1077-2001(2005) 评估钢样品脱碳层深度的试验方法
铸造过热度和热处理对CoCrMo合金显微组织的影响
铸造过热度和热处理对CoCrMo合金显微组织的影响马秀萍;李超【摘要】研究了CoCrMo合金普通壳型铸造工艺下过热度和高温固溶热处理对显微组织的影响.结果表明:CoCrMo合金在铸态下碳化物主要以大块状共晶状M23C6碳化物存在;随着过热度的增加,碳化物共晶团的尺寸增大,导致室温拉伸性能降低.CoCrMo合金经过高温固溶热处理后,大部分大块状共晶碳化物发生溶解和分解,以细小的颗粒状M23C6碳化物析出并均匀分布于基体,抗拉强度、屈服强度和伸长率得到很大的提高.均匀细小分布的碳化物有利于提高CoCrMo合金的室温拉伸性能.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P66-70)【关键词】过热度;固溶热处理;显微组织;碳化物;拉伸性能【作者】马秀萍;李超【作者单位】北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TG146.1+6CoCrMo合金与不锈钢、钛合金相比与人体具有良好的生物相容性，已成为临床中较为理想的人工关节用主要材料，并被广泛应用于金属髋关节等外科植入物[1－5］。
但是在生产过程中，CoCrMo合金的室温抗拉强度或伸长率不合格的问题一直困扰着生产者，经常出现由于室温拉伸性能不合格而使生产成本增加。
CoCrMo 合金由钴基面心立方基体相和碳化物相组成，碳化物作为CoCrMo合金中重要强化相，合金内碳化物大小、分布形态和数量，对合金的性能有较大的影响[6－9］。
本工作主要通过探讨不同铸造过热度和高温固溶热处理对CoCrMo合金显微组织的影响，以及显微组织对合金性能的影响，旨在为获得合适显微组织的工艺提供理论依据。
1 实验材料及方法本实验中采用同一炉母合金锭，母合金锭的化学成分采用最优成分配比[10］。
从该炉母合金锭切取4段（4±0.15）kg的料段，在ZG－25kg真空感应熔炼炉按照传统工艺进行重熔，并在不同过热度下铸成灯笼试棒。