一种镍钴基合金的γ′相在高温下析出行为的透射电镜研究
元素对γ’沉淀强化型钴基高温合金组织及力学性能的影响
元素对γ’沉淀强化型钴基高温合金组织及力学性能的影响由于Co-Al-W体系高温合金具有L12结构的γ’-Co3(Al,W)强化相,得到了研究人员的广泛关注。
然而,该合金体系需要大量的W元素来提高γ’-Co3(Al,W)相的组织稳定性,导致合金密度过高,限制了其在实际航空领域的应用。
因此,如何使合金中γ’相具有较高的固溶温度,较低的合金密度以及较好的组织稳定性是发展Co-Al-W基高温合金体系亟需解决的问题。
本文在前人Co-Al-W体系合金的研究基础上,在三元合金体系中添加微量元素C、B,固溶强化元素Cr、Re和沉淀强化元素Ta、Hf。
在多元合金体系中用Mo代替部分W以及设计了几种不同Ni含量的合金,系统地研究了C、B、Mo、Ni等元素对合金微观组织及力学性能的影响。
在Co-Al-W-X(X=C,B,Cr,Re,Ta,Hf)合金体系中,C含量的增加不仅可以提高合金的γ’相固溶温度、降低γ/γ’两相错配度,还可以提高合金屈服强度,但会降低合金的延伸率。
B含量的增加对γ’相固溶温度影响较小,但也会降低γ/γ’两相错配度。
同时,B元素还会降低合金的屈服强度及延伸率。
Cr含量的增加会降低γ’相固溶温度及屈服强度,但可提高延伸率。
900℃长期时效过程中,随C含量的增加,γ’相的粗化速率增加;而B含量的增加则会降低γ’相的粗化速率。
与其他三元Co-Al-W合金相比,C元素和B元素均会提高γ’相的粗化速率。
在多元合金体系中用部分Mo取代部分W会降低Y’相固溶温度以及合金的密度。
然而γ’相的体积分数却不受Mo添加的影响。
其次,在热处理态合金的枝晶间外围会形成包裹状的γ’相。
这是由于铸态合金中μ相和β相并未达到平衡浓度,热处理过程中析出相与基体之间元素扩散所引起的。
Mo的添加会降低μ相的析出温度,促进μ相的析出,导致室温条件下合金的屈服强度下降。
在断裂过程中,μ相周围的包裹状γ’相起着重要作用,可以在一定程度上阻止微裂纹的扩展。
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。
一种含Re镍基单晶高温合金的长时组织演化规律研究
一种含Re镍基单晶高温合金的长时组织演化规律研究
郭维华;魏先平;张琼元;高振桓;聂丽萍;巩秀芳
【期刊名称】《大型铸锻件》
【年(卷),期】2022()2
【摘要】研究了一种含Re镍基单晶高温合金的长时组织演化规律。
通过选晶法在真空定向凝固炉中制备出[001]取向的单晶合金试棒,经过热处理后,在大气炉中进行950℃的高温长时时效,研究了不同时间时效后的单晶试棒γ/γ′的筏化规律。
研究结果表明:该单晶高温合金具有良好的长时组织稳定性,在950℃/10000 h时效下无TCP相析出,2000 h、5000 hγ′相与基体保持共格,有粗化趋势,10000 h后由于元素迁移,γ/γ′相界面能和弹性应变能降低,导致γ′呈长方体与立方体共存。
【总页数】4页(P28-30)
【作者】郭维华;魏先平;张琼元;高振桓;聂丽萍;巩秀芳
【作者单位】东方电气集团东方汽轮机有限公司;长寿命高温国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TG156.92
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4.2%Re单晶镍基合金在蠕变期间的组织演化与变形特征4.一种含Re镍基单晶高温合金钎焊接头的微观组织与性能研究
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镍基单晶高温合金研究进展.
镍基单晶高温合金研究进展孙晓峰，金涛，周亦胄，胡壮麒（中国科学院金属研究所，沈阳 110016）摘要：单晶高温合金具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性，广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。
由于采用定向凝固工艺消除了晶界，单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素，使合金的初熔温度提高，能够在较高温度范围进行固溶和时效处理，其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金大幅度提高。
经过几十年的发展，单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。
本文从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面，简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。
关键词：单晶高温合金；强化机理；定向凝固；各向异性Research Progress of Nickel-base Single Crystal SuperalloysSun Xiaofeng, Jin Tao, Zhou Yizhou, Hu Zhuangqi(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)Abstract:Single crystal superalloys have been widely used to make turbine blades and guide vanes for aero-engines and industrial gas turbines because of improved strength, creep-rupture, fatigue, oxidation and hot corrosion properties as well as stable microstructure and reliability at high temperature environments. After removal of grain boundary by using directional solidification technique, grain boundary elements which decrease the incipient melting temperature were reduced remarkably in single crystal superalloys. Consequently, the solution and aging treatment of single crystal superalloys can be done at higher temperature due to the enhanced incipient melting temperature, and then the high temperature strength of single crystal superalloys is higher than that of equiaxed and directionally solidified superalloys. There were great progress on approach of alloy design, relationship between structure and mechanical performances, process of pure smelting and processing of directional solidification in the last decades. The present work reviews these progress from compositions of alloys, role of elements, mechanism of strengthening, anisotropy of mechanical properties, procedure of solidification, control of defects and processing of single crystal superalloys.Key words：single crystal superalloy；mechanism of strengthening；directional solidification；anisotropy of properties——————————————————基金项目：国家973计划项目（2010CB631206）通讯作者：孙晓峰，男，1964年生，研究员，博士生导师1引言高温合金（Superalloy）是以铁、镍、钴为基体的一类高温结构材料，可以在600℃以上高温环境服役，并能承受苛刻的机械应力。
ni基高温合金 组织
ni基高温合金组织
Ni基高温合金是一种由镍为基础元素的高温合金，在高温环境下具有优异的耐高温性能和抗氧化能力。
其组织结构主要由固溶体、析出相和晶粒界组织组成。
1. 固溶体：固溶体是指合金中不形成独立相的固溶体溶解的元素。
在Ni基高温合金中，通常添加的铬、钼、钨等元素能够固溶在镍基体中形成固溶体。
固溶体的形成可以提高合金的强度和塑性，并改善其高温下的力学性能。
2. 析出相：除了固溶体外，Ni基高温合金还会在高温下形成亚稳相或稳定相的析出相。
析出相能够提高合金的高温强度和耐蠕变性能。
常见的析出相有γ'相、γ''相和γ' + γ''双相。
- γ'相：一般指富铝（或钛）的Ni3Al（或Ni3Ti）相，其具有良好的高温强度和耐氧化性能，是Ni基高温合金中最重要的强化相。
γ'相的形成可以通过时效处理来实现。
- γ''相：一般是指富钛（或钽）的Ni3Ti（或Ni3Ta）相。
γ''相具有较高的弥散强化效果，可以改善合金的高温力学性能和蠕变性能。
3. 晶粒界组织：晶粒界是指相邻晶粒之间的边界区域。
在高温合金中，晶粒界是强迫位错和析出相的富集区域，它对合金的强度和韧性具有重要影响。
合金的晶粒界组织通常由黏土状氧化物、硫元素等组成。
综上所述，Ni基高温合金的组织结构包括固溶体、析出相和晶粒界组织。
这些组织的形成和相互作用决定了合金的高温力学性能和抗氧化能力。
镍合金材料的微观组织演化与相变机制研究
镍合金材料的微观组织演化与相变机制研究引言：镍合金材料作为重要的结构材料在许多领域具有广泛的应用，如航空航天、汽车制造、能源等。
在材料的设计和制备过程中，了解镍合金材料的微观组织演化和相变机制非常重要。
本文将探讨镍合金材料的微观组织演化和相变机制的研究现状，并对未来的研究方向进行展望。
1. 微观组织演化研究现状镍合金材料的微观组织演化研究是了解材料的晶体结构、晶界特征和相分布等重要参数的基础。
目前，已经有许多研究对镍合金材料的微观组织演化进行了深入的探讨。
首先，晶体结构是微观组织演化研究的重要方面。
镍合金材料常见的晶体结构包括面心立方结构和体心立方结构。
不同的晶体结构对材料的力学性能和耐腐蚀性能有着重要影响。
研究人员通过透射电子显微镜和X射线衍射等方法，对镍合金材料的晶体结构进行了详细的表征和分析。
其次，晶界特征对镍合金材料的性能也起着重要的影响。
晶界是晶体之间的界面，其特征与晶体的排列方式、晶体的取向关系等有着密切的关联。
研究人员通过扫描电子显微镜和原子力显微镜等技术，观察和分析了镍合金材料中晶界的形貌、尺寸和分布等参数。
最后，相分布是指材料中不同相的分布情况。
镍合金材料常见的相有固溶体相、组织相等。
研究人员通过X射线衍射和电子探针分析等方法，研究了镍合金材料中相的分布情况和相变规律。
2. 相变机制研究现状相变是指材料在温度、压力等外界条件改变下发生的结构变化。
了解镍合金材料的相变机制对材料的性能改善和工艺控制非常重要。
目前，已经有许多研究对镍合金材料的相变机制进行了深入的研究和探索。
镍合金材料中常见的相变包括固溶体相变、析出相变等。
固溶体相变是指材料中原子的分布方式的改变，可以通过调整温度和合金成分来实现。
析出相变是指材料中溶质原子或其他杂质原子从固溶体中析出形成另一相。
研究人员通过差示扫描量热法和电子探针分析等方法，研究了镍合金材料中不同相变的机制和规律。
此外，相变过程中的扩散行为也对材料的相变机制具有重要影响。
第一过渡元素二铁钴镍实验报告
第一过渡元素二铁钴镍实验报告一、引言二铁钴镍合金是一种重要的金属材料，具有高强度、高韧性、高温稳定性等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
本实验旨在制备二铁钴镍合金，并研究过渡元素对合金性能的影响。
二、实验方法1.实验材料：铁、钴、镍粉末。
2.实验设备：熔融法制备设备、高温炉、电子显微镜、扫描电子显微镜等。
3.实验步骤：（1）将铁、钴、镍粉末按一定比例混合均匀。
（2）将混合粉末放入熔融法制备设备中，在氩气氛围下进行熔融处理，保持温度为1650℃，时间为2h，使其充分熔融混合。
（3）将熔融合金放入高温炉中，在氩气氛围下进行加热处理，升温速度为5℃/min，将温度升至1000℃保持10h，随后降温处理。
（4）用电子显微镜和扫描电子显微镜对制备的二铁钴镍合金进行形貌和组织结构分析。
三、实验结果经过制备和分析，得到的二铁钴镍合金的形貌和组织结构如下：1.形貌分析：合金表面呈灰黑色，略带光泽，无氧化现象，颗粒较细。
2.组织结构分析：经电子显微镜观察，发现合金中含有大量的球形和棒状的晶粒，晶粒大小约为1-10μm。
通过扫描电子显微镜，发现晶界清晰，无明显的孔洞、裂纹等缺陷。
四、实验分析二铁钴镍合金是由铁、钴、镍三种金属元素组成，其中铁为主要成分，钴和镍是过渡元素。
过渡元素的添加对合金的性能有重要的影响。
实验结果表明，制备的二铁钴镍合金表面光泽度高，无氧化现象，晶粒分布均匀，晶界清晰。
这表明合金制备工艺优良，达到了预期的效果。
钴和镍的添加可以提高二铁钴镍合金的热稳定性和耐腐蚀性，同时对其力学性能和磁性能也有影响。
在合金中添加适量的过渡元素，可以调节晶粒尺寸、组织结构和晶格畸变等因素，从而优化合金的性能。
五、结论本实验成功制备了二铁钴镍合金，并对其形貌和组织结构进行了分析。
实验结果表明，过渡元素的添加可以调节合金的性能，优化其力学性能和磁性能等。
通过本实验的研究，对二铁钴镍合金的制备和性能分析有了更加深入的认识，为进一步研究和应用该材料奠定了基础。
镍基单晶合金中TCP相的析出行为及其对持久性能的影响
镍基单晶合金中TCP相的析出行为及其对持久性能的影响田素贵;钱本江;李唐;于莉丽;王明罡【摘要】通过对有/无元素Re、有/无TCP相合金进行时效处理、持久性能测试及组织形貌观察,研究TCP相的析出特征以及元素Re、TCP相对合金持久寿命的影响.结果表明:在时效期间,合金中析出的TCP相在{111}晶面沿＜110＞晶向呈片状析出,其在(100)晶面具有相互平行或垂直的针状形貌,在(111)晶面呈现互成60-角排列的针状形貌,该TCP相鉴定为μ相.在无Re合金中析出的μ相尺寸较小,在时效期间不发生球化;而在4.5%Re合金中析出的μ相尺寸较大,且随时效时间的延长,μ相逐渐粗化并转变成球状.由于析出的μ相消耗较多的难溶元素,故可明显降低合金的蠕变抗力和缩短持久寿命.其中,无Re合金2中析出的针状μ相,在蠕变期间易产生应力集中,并促使其发生裂纹萌生和扩展,是较大幅度缩短合金持久寿命的主要原因;在4.5%Re合金中形成的球状μ相,在蠕变期间不易产生应力集中,是使合金持久寿命缩短幅度减小的主要原因.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2010(020)011【总页数】8页(P2154-2161)【关键词】镍基单晶合金;时效;TCP相;球化;持久寿命【作者】田素贵;钱本江;李唐;于莉丽;王明罡【作者单位】沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870;沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870;沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870;沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870;沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870【正文语种】中文【中图分类】TG146据此，本文作者对有/无元素Re单晶镍基合金进行高温时效处理及组织形貌观察，考察元素Re对合金中析出TCP相形态的影响；并通过对有/无元素Re及TCP相合金进行持久性能测试，以考察元素Re及TCP相对合金持久性能的影响，为单晶镍基合金的开发与应用提供理论依据。
钢中富Cu相和NiAl相复合析出机制的研究
钢中富Cu相和NiAl相复合析出机制的研究面对前所未有的环境挑战,为了减少普通低强钢的使用数量,开发先进的超高强钢至关重要。
析出强化是一种能有效提高钢及Fe基合金强度的强化方式。
多类型纳米析出相的复合析出可使材料得到不同性能的优良组合,因此研究复合析出强化对发展高强度钢有重要意义。
由于含有Cu、Ni、Al、Mn元素的低碳钢在时效过程中能够析出富Cu相和NiAl相,从而以相对较低的成本获得高强度、优良的韧性和可焊性,使得富Cu相和NiAl相的复合析出行为受到人们的关注。
本文采用维氏显微硬度、拉伸试验、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和原子探针层析技术(APT)等手段,分析了时效过程中Fe-NiAl、Fe-CuNiAl、Fe-CuNiAlMn和Fe-CulowNiAlMn四种钢中强化相的演化规律和析出强化作用,阐述了钢中各元素的协同作用、析出相的析出行为以及析出强化效果之间的关系。
主要研究结果和结论如下:(1)Cu元素对钢中NiAl相析出的影响:500 ℃等温时效过程中,Fe-CuNiAl钢比Fe-NiAl钢更早达到硬度峰值,硬度峰值持续时间较长,且其时效峰值较淬火态的硬度增量高于Fe-NiAl钢。
说明Cu元素的添加加速了 NiAl相的析出强化进程,富Cu相和NiAl相的复合析出,提高了钢的析出强化效果。
APT分析表明,时效初期,Cu元素的添加加速了 NiAl相的形核,从而大大推进了 NiAl相的形核、长大、粗化进程。
时效过程中,Fe-CuNiAl钢中NiAl相的长大速率低于Fe-NiAl钢是由于Cu 元素的扩散速率比Ni和Al低。
短时时效(0.1 h)后,Fe-CuNiAl钢中先析出富Cu 相,随着时效时间的延长,NiAl相逐渐析出,当时效时间增至4 h,富Cu相和NiAl 相形成核壳结构(富Cu相在核心,NiAl相包裹在外侧),时效128 h后,由于富Cu相从bcc结构向fcc结构转变,而NiAl相会一直保持B2结构,两相会发生分离。
NiCoCrFeAlTiMoW合金长期时效过程中γ′相粗化对拉伸性能的影响
第 2 期第 172-179 页材料工程Vol.52Feb. 2024Journal of Materials EngineeringNo.2pp.172-179第 52 卷2024 年 2 月NiCoCrFeAlTiMoW 合金长期时效过程中γ′相粗化对拉伸性能的影响Effect of γ′ phase coarsening on tensile properties during long -term aging of NiCoCrFeAlTiMoW alloy刘继文1，胡朝辉1，王君阳1，林雅婷1，张璐1，2*（1 沈阳航空航天大学 材料科学与工程学院，沈阳110136；2 沈阳航空航天大学 航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，沈阳110136）LIU Jiwen 1，HU Zhaohui 1，WANG Junyang 1，LIN Yating 1，ZHANG Lu 1，2*（1 School of Materials Science and Engineering ，Shenyang Aerospace University ，Shenyang 110136，China ；2 Key Laboratory of FundamentalScience for National Defense of Aeronautical Digital Manufacturing Process ，Shenyang Aerospace University ，Shenyang 110136，China ）摘要：采用真空电弧熔炼炉制备一种γ′相强化型NiCoCrFeAlTiMoW 合金，利用X 射线衍射仪（XRD ）、扫描电镜（SEM ）、能谱仪（EDS ）及拉伸试验机研究合金在750，850，950 ℃下，经200 h 长期时效后γ′相的粗化行为与力学性能的演变规律及机制。
结果表明：随时效时间的延长，γ′相在时效过程中始终为球形，γ′相尺寸逐渐增大，且在750，850，950 ℃均发生凝并现象。