相分计算在铁基合金中的应用

D0I:10.13374/j.is8m1001053x.1979.01.013 相分计算在铁基合金中的应用 高温合金教研室陈国厦谢锡善* 摘 要 本文提出了在复杂多元铁基高温合金中判断σ相析出倾向的相分计算方法。对相当数量 的工业合金和试验合金的验证，说明提出的方法是可靠的。进而简化处理的相分计算方法也是 可行的。以15Cr/25Ni型铁基高温合金为例。提出的△N',=Ni-3Ti-3.5A1-1.7Si-0.9Cr -4.7计算式可以方便地根据△N'v0，来判断650℃长期时效时o相的析出与否。同 时，还可以应用△N',的值来分析σ相对合金有关性能的影响。 相分计算(PHACOMP)是一种预测合金中产生TCP相主要是σ相的方法，目前已广 泛采用指导生产。镍基合金的相分计算方法已有许多研究(1-13)，但铁基合金相分计算方法 却研究不多，早期有一种经验公式〔14)，它规定不产生σ相的条件为：，· %Cr-16(%C）<1.7 oNi 此公式既不准确又太定性，对于复杂的铁基合金是不能应用的。本文以15C-25Ni类合金为 典型，结合其他含Ni量不同的铁基合金，试图找出一种适用于铁基合金的相分计算方法。 研究的实验根据为650℃、10002000小时长期时效和700℃、3000小时长期时效的实验数据。 一、方法說明 对于铬镍奥氏体铁基合金，应用相分计算要考虑以下三个特点： 1.这类合金析出的σ相基本上是FcCr型的。只有高Ni、高Mo的合金可能不是简单 的FcCr型σ相。例如A-286中的o相组成为： Feo.5Cr0.3gNio.0gTi。.o12Mu0.e3点阵常数a=8.850月C=4.602A。 15Cr-35Ni-2Mo-2W-2.3A1-2.5Ti合金中σ相组成为： Feo.46Cro.34Nio.tiMoo.06Wo.03 点阵常数 a=8.81AC=4.58A〔18) 这种现象与剩余固溶体的组成密切相关，经充分析：碳化物相和Y'相后，剩余固溶体中更 参加本项工作的还有徐志超、王迪、倪克铨、何恩賞同志。 148

相分计算在铁基合金 一 中的应用 高温合 金 教研 室 陈国 夏 谢 锡兽 摘 要 本文提 出 了在复杂 多元 铁基 高温合 金 中判 断 相析 出倾 向的相 分计算方法 。 对相 当数量 的工业 合 金 和 试验合 金 的验 证 ， 说 明提 出 的方法 是可靠 的 。 进而 简 化处理 的相 分计算方法 也是 可行 的 。 以 型 铁基 高温合 金 为例 。 提 出的 △ ‘ ， 幸 一 一 一 一 一 计算式可以 方 便地根 据 △ ’ 。 ， 或 。 ， 来判 断 ℃ 长 期 时效 时 相 的析出与 否 。 同 时 ， 还可 以应 用△ ’ ， 的值 来 分析。 相 对合 金 有关 性能 的影 响 。 相 分 计算 是一 种 预 测合 金 中产生 相 主 要 是 相 的方 法 ， · 目前 已广 泛 采 用 指导 生 产 。 镍基 合 金 的相 分计算方法 已有许 多研究 〔 一 〕 ， 但 铁 基合 金相 分计算方 法 却 研究 不 多 ， 早 期有一 种经验公式 〔 〕 ， 它 规 定不 产生 。 相 的条 件为 … 一 此 公式 既不 准 确又太 定性 ， 对 于复杂 的 铁基合 金是不 能应 用 的 。 本文 以 一 类 合金为 典型 ， 结 合 其他 含 量不 同 的铁基 合 金 ， 试 图找出一 种适 用 于铁 基合 金 的 相 分计算方法 。 研究 的实验根 据 为 ℃ 、 、 叼 、 时长 期 时效和 ‘ 、 叼 、 时长 期 时效 的实验数据 。 一 、 方法 靓明 对 于铬镍奥 氏 体铁基合 金 ， 应 用相 分计算要考虑 以 下三 个特点 这 类合 金 析 出的。 相 基本 上是 型 的 。 只 有 高 、 高 的合 金可 能不是简单 的 型 相 。 例 如 一 中的 。 相 组 成 为 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 点 阵 常数 人 人 。 一 一 一 一 一 合 金 中 相 组 成 为 ‘ 。 。 。 。 。 。 。 点阵 常数 人 人 〔 〕 这 种 现 象 与剩 余固 溶体 的组 成 密 切 相关 ， 经充 分析 出碳化物相和 丫‘相 后 ， 剩 余 固溶体 中更 米 参加 本 项 工 作 的 还有 徐 志超 、 王 迪 、 倪 克栓 、 何 恩 赏 同志 。 吕 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1979．01．013

富集了Fe和Cr(表1)。对于含Ni、Mo量高的合金，Mo的富集作用不可忽略，以致可能 析出不是简单的FeCr型o相。基于上述分析，我们规定组成铁基合金的A类元素为Cr和Cr 族元素，B类元素主要是Fe、Co、Ni、Mn。剩余固溶体中还有少量A1、Ti、Si、V等， 它们不是起o相的主要组成元素的作用，只起减少溶解度，促进FCr型σ相析出的作用，所 以也应看作相当于B类元素作用。 表1 剩余固溶体化学组成（原子%） 合 金 Mn Si Cr Ni Mo VAl Ti Fe W: 注 A-286 1.931.0817.4219.580.76.0.370.490.5957.87 44-523 炉号 15Cr35Ni2Mo2W2.3 A12.5Ti 19.7524.21i1.49一1.660.3851.680.73 8#炉号 22Cr37Ni2Mo2WA1Ti0.551.2824.6434.281.38-0.170.3236.900.49,平均组成 Incoly901 0.530.9116.838.34.12- 0.280.3438.72 平均组成 2.由于剩余固溶体基本上是Fe-Cr-Ni三元固溶体，所以应以Fe-Cr-Ni相图作为分 析的基础，重点是分析Y/Y+σ相界线。由于该相界线不是等电子空位数线，所以我们必须 放弃等电子空位数的概念，采用Barro ws和Ne wkirk的可变的临界电子空位数的概念(7)〕， 临界电子空位数随固溶体组成而变。但是我们不能简单地引用Barro ws和Newkirk的计算 公式和评定标准，必须作出某些修正。 Barro ws和Newkirk〔7)根据Fe-Cr,Ni-Cr,Co-Cr二元系中Cr在850℃和l200℃ 的溶解度极限数据，求出Cr的临界电子空位数 (N9)Cr=0.23N?+0.000256TF+1.84 (1) 式中N表示B元素的平均电子空位数（他们假定B元素包括e、Co、Ni、M1、A1、 Si),N可用(2)式求出 N=(Ny) (2) 式中：为B元素中i元素的原子百分数，(N,),为i元素的电子空位数。同理，又求出别的A 元索如W、Mo、Ti、V、Nb、T、Zr的临界电子空位数公式。再进一步按(3)式来求 出A元素的平均电子空位数N。 N=f(N) (3) 式中f:为A元素中i元禁的原子百分数，(N):为i元素的临界电子空位数。不析出TCP 相的尔件为合金的平均电子空位数 N.<N (4) 在我]的情况下，这种处理未必全都合理，首先、B元素的划分不同。其次不能根据 二元系来求Hl公式(1)，必须根据Fe-Cr-Ni三元系，並考虑其他B元素的影响作出修 正。分析了文献(l5、16)中有关Fe-Cr-Ni,Fe-Cr-Ni-Ti,Fe-Cr-Ni-Al,Fe-Cr-Ni 149

富集了 和 表 。 对 于 含 、 量 高的合 金 ， 的富 集作用不可 忽略 ， 以 致可 能 析 出不是 简单的 型 柑 。 基于 上述 分析 ， 我们规定 组成 铁基合 金 的 类 元 素为 和 族元 素 ， 类 元 素主 要是 、 、 、 。 剩 余固溶体中还 有少量 、 、 、 等 ， 它们不 是起 相 一 的主 要组 成元 素 的作用 ， 只 起减少 溶解度 ， 促进 型 相 析出的作 用 ， 所 以 也应 看作相 当于 类元 素 作 用 。 表 剩余 固溶体 化 学组成 原子 一 合 金 。 。 注 一 · ‘ 叫 ‘ · ‘ ‘ · ‘ ” · ” · “ · ‘ · 。 · 一 炉号 一…一 ‘ 件炉号 。 。 ， … 。一… 。 … 一 … ” · 一· · ” “ 。 “ · ， ‘ ‘ · ， 一 。 。 · ‘… 。 平 均组 成 一 平均 组 成 由于剩 余固溶体基 本 上是 一 一 三 元 固 溶体 ， 所 以 应 以 一 一 相 图作为 分 析 的基 础 ， 重 点是分析 丫 丫 。 相 界线 。 由于该 相 界线不是 等电子 空 位数线 ， 所 以 我们必须 放弃 等电子 空位数 的概 念 ， 采 用 和 的可 变 的临 界电子 空位 数 的概 念 〔 〕 ， 临界电子 空 位数随固溶体组成而变 。 但是我们不 能 简单 地 引用 和 的计算 公式 和评定标 准 ， 必须 作出某些 修正 。 和 〔 〕根据 一 ， 一 ， 一 二 元 系 中 在 和 ℃ 的溶解度极 限数据 ， 求 出 的临 界电子 空 位数 母 二 万毕 ’ “ 式 中 凡琴表 示 元 素的平均 电子 空 位 数 他们 假定 元 素 包括 、 。 、 、 “ 、 、 ， 凡匀可 用 式 求 出 加怒 式 中 专为 元 素中 元 素 的原 子百 分数 ， 元 素如 、 、 厂 、 、 、 、 出 元 素的平均 电子 空 位数 分 。 乙 ‘ 为 元 素 的 电子 空位 数 。 同理 ， 又求 出别 的 的临 界 电子 空位 数公式 。 再进一 步按 式 来求 母二 乙 舒 牙 式 中 寸为 元 素中 元 素 的原 子百 分数 ， 分 ‘ 为 元 素的临 界电子空 位 数 。 不析 出 ‘ 相 的条件为合 金的平均 电子 空 位 数 西 牙 在我们 的情 况下 ， 这 种处理 未 必全都 合理 ， 首 先 、 元 素 的划分不 同 。 其 次不 能根据 二 元 系 来求 出公式 ， 必须 根据 一 一 三元 系 ， 业考虑其他 元 素 的 影响 作 出修 正 。 分析 了文 献〔 、 〕中有关 一 一 妈 一 一 一 ， 一 一 一 ， 一 一

-A1-Ti系中650℃和750℃的Y/Y+o相介线数据。修正(1)式的系数，得到： 650℃下：(NC)cr=0.23N0+2.177… (5) 750℃下：(N9)cr0.23Nb+2.197 (6) 或 (Nc)cr=0.23Nb+0.0002T℃+2.047 (7) (650℃-750℃间适用) 可见，由于根据的实验数据不同，(7)式与(1)式不完全相同。 此外，由于大多数铁基合金析出F€-Cr型o相，所以不析出o相的评定标准也不应该是 Barro ws和Newkirk提出的(4)式。而应该为： △N,=(N9)Cr-Nv=正值 (8) 只有对于含Mo,W量较高的铁基合金，析出的o相已不是简单的FeCr型σ相。必须考虑 Mo、W的形成σ相作用，此时不析出σ相的条件为： △N?=N9-Nv=正值 (9) 式中： =fr(N9)cr+f(N9)Mo+f (NG )w (N)cr、(N9)Mo、(N9)w分别为Cr、Mo、W的临界电子空位数 f合：、fAa、f分别为Cr、Mo、W的原子百分数（总的A元素为100%） 由于一般含Mo、W较少可以简单引用(7)中求(N9)M,和(NC)w的公式： (N9)Mo=0.60N+0.000283T°F+0.62 (10) (NC)w=0.66N+0.000034TF+0.81 (11) 3.因为铁基合金的相形成规律是不同于镍基合金的。所以要根据铁基合金相析出规 律，设计一套计算剩余固溶体的方法。 (1)全部C结合为TiC。只有少数高Ni合金要考虑吝C生成TiC,±C生成Cr2, (MoW)2C6 (2)全部B生成M3B2。A-286型钢M3B2分子式为 Cro.84、Fe,.8o、Mo.g4、Ti。.5、B2(17),高Mi、Mo合金近似为Cr.8、 Feo.4、Nig'、Ti0.6、Mo1.oBz(18)。 (3)低Ni合金要考虑G相，高Ni合金不考虑。规定Si>0.4%重量(0.79%原子) 后出现不可忽略的G相，根据A-286合金中G相析出数据假设结合诚G相的。Si=号(Si% 原子-0.79%)。 G相分子式：Nig.,Fez.aCro.gTi4.sMoo.8Si,〔17) (4)Y'相计算方法规定为： 25Ni型合金，Ti的溶解度为0.54%原子 >30Ni型合金，Ti的溶解度为0.30%原子 150

一 一 系中 ℃ 和 ℃的 十 。 相 介线数据 。 修正 式 的系数 ， ℃ 下 器 夕鲁 · · … ℃ 下 霉 二 。 万粤十 得到 口 或 忿 刀导 ’ ℃ 尹 ℃ 一 ℃ 间适 用 可 见 ， 由于根据 的实验 数据不 同 ， 式 与 式 不完 全 相 同 。 此外 ， 由于大 多数 铁基合 金析 出 一 型 。 相 ， 所 以 不 析 出 相 的评定标 准 也不应 该 是 和 提 出 的 式 。 而应 该 为 △ 二 孚 一 万 “ 正 值 只 有对 于 含 。 ， 量 较 高的铁基合 金 ， 析 出 的 。 相 已不 是 简单 的 型 。 相 。 必须 考虑 、 的 形成 相 作 用 ， 此时不 析 出 相 的 条 件 为 △ ” 万导一 夕 、 正 值 式 中 万万 合 导 盘 ，， 孚 念 万 霉 。 、 导 、 母 分别 为 、 、 的临 界 电子 空 位 数 会 、 众 ， 、 窃分别 为 、 。 、 的原子百 分数 总 的 元 素为 由于一 般 含 、 较少可 以 简单 引 用〔 〕中求 母 、 、 和 乞 ， 的公式 母 二 凡忿 “ 乞 刀导 “ 因为 铁基 合 金 的相形成规 律是不 同 于 镍菇 合 金 的 。 所 以 要根 据 铁 基 合 金 相 析 出规 律 ， 设计一 套 计算 剩 余固 溶 体 的方 法 。 全部 结 合 为 。 只 有少数 高 合 金要考虑 含 生 成 ， 一 含 生 成 ， ‘ 。 全 部 生 成 。 一 型 钢 。 分 子式 为 。 。 、 。 。 、 。 ‘ 、 。 。 了 、 〔 〕 ， 苟 、 合 金近似 为 · 。 。 、 。 。 、 。 ’ 、 。 、 。 〔 〕 。 低 合 金要考虑 相 ， 高 合 金不 考虑 。 规 定 重 量 、 原 子 ︷一 后 出现不可 忽略的 相 生 ， 根据 一 合 金 中 相析 出数据 假设 结 合成 相 的 。 原 子 一 。 相分子 式 。 。 。 。 。 〔 〕 ’相 计算方法规 定 为 型合 金 ， 的溶解 度 为 原子 型合 金 ， 的溶解度 为 原子

超过溶解度的Ti量全部生成Y'相，Y'相的分子式随合金的Ti/AI而变： 合金中的Ti/AI 分子式 25 Ni2.s Feo.2 Tio.D Alo. 35 Niz.8 Feo.2 Tio.7s Alo.25 1.53 Ni2.8 Feo.2 Tio.s Alo. ≤1.5 Ni2.8 Feo.2 Tio.4 Alo.6 (5)650750℃下可不考虑Laves等相析出。 二、计算实例 合金成分 C Cr Ni Ti AI Si Mn Mo Fe 原子% 0.2316.54 24.22 2.65 0.410.790.51 0.33 0.75 53.57 生成TiC后余Ti=2.65-0.23=2.42 生成y'相Niz.sFeo.2Tio.aA1。.,后 余Ti=0.54 余A1=0.41-0.21=0.20 余Fe=53.57-0.42=53.15 余Ni=24^22-5.88=18.34 剩余固溶体组成为： Cr Ni Ti Al Si Mn Mo Fe 剩余固 溶体% 18.15 20.12 0.59 0.22 0.87 0.56 0.36 0.82 58.31 B元素% 24.85 0.63 0.27 1.08 0.69 0.45 72.03 各元素的Nv值规定为10.66一族数。 则 N=2.2654 Nv=2.7229 由(5)式 650℃下(Ng)Cr=0.23N0+2.177 =2.6980 △Nv=(Nb)c,-Nv=-0.0249 有g相析出。 151

超 过 溶解度 的 量全 部生 成 丫‘相 ， 合 金 中的 丫 ‘ 相 的分子 式 随合 金 的 而变 分 子 式 。 ‘ 。 。 一一注 。 。 ， 。 。 、 ℃ 下 一 可不 考虑 等相析 出 。 二 、 计 算 实 例 ︸ 合 金成分 原子 ‘ … …。 · 。 宾 】 八 心八 生 成 后 余 ， 一 生 成 ‘相 。 。 。 。 。 后 余 二 余 一 余 一 余 二 ‘ 一 剩 余 固溶 体组成 为 … ‘ ‘ … 了 一 一 一 一…月几 ︸ 剩 余 固 溶体 一 ‘ 云 一 霭死…一丁一 厂丽滋 一 一 石 一 添一从犷 石可飞而 一 · 各元 素的 值 规定为 一族数 。 琴 万 丫 由 式 ℃ 下 导 二 凡牛 △ 、 导 。 一 刀 ， 二 一 有 相析 出

三、方法的验证 为了确证方法的可靠性，首先计算了Fe-Cr-Ni三元系中Y/Y+o相界线，结果见图l, 可见符合的较好。其次对15Cr-25Ni系，15Cr-35Ni系及我国许多铁基高温合金作了计算， 结果都与实验结果相符合。表2列出11个炉号15Cr25Ni系合金的△N,计算值与长期时效后σ 相析出的分析结果，可见，采用本方法可以评定15Cr-25Ni系合金各炉次析出o相的倾向， 结果符合很好。 650°℃ 8 5 7 90 Fe 0 20 30. 4050 Fe-CT-Ni 图1 表2 A-286型合金中o相析出试验与△N,计算结果 变化的元素%wt ·相分析结果◆ 炉 号 (NS)er N △N, Si AI Ti B x线「化学相 半定量」分析 ANI 40 0.20 0.27 2.00,0.0051 2.6940 2.6890+0.0050 无 无 0.17 520 0.73 0.24 2.0310.0091 2.6980 2.6940+0.0040 无 无 0.13 51 0.64 0.12 2.040.00442.6994 2.7109 -0,0115 少 痕 -0.39 28 0.47 0.19 2.070.0081 2.6985 2.7145-0.0160 微 痕 -0.15 31813 0.46 0.20 2.07i0.01◆ 2.69772.7004-0.0027 微 0.013%-0.07 3181100.55 0.19 2.240.01w 2.7020 2.7208-0.0188 少 0.013% -0.95 37 0.59 0.35 2.030.00842.7053 2.7209 -0.0156 中 0.037% -0.69 56 0.66 0.20 2.090.015.2.7041 2.7255 -0.0216 中 0.095% -0.83 523 0.53 0.32 2.250.0066 2.7131 2.7583-0.0452 中 0.056% -1.41 33 1.11 0.27 2.000.008 2.7182 2.7746 -0.0564 较多 0.476% -2.08 48 0.58 0.88 2.040.007 2.7228 2.8091 0.0863 特多 0.776% -2.65 计算加入量。 亲米 合金趣650℃1000小时长期时效后σ相分析结果。 X 线半定量分析以TiC为内标。 152

三 、 方法 的验 证 为 了确证方法 的可靠性 ， 首先计算 了 一 一 三 元 系 中丫 丫 相 界线 ， 结果见 图 ， 可见符合 的较好 。 其 次对 ， 系 ， 卜 系及 我 国许 多铁基 高温合 金作 了计算 ， 结果都与 实验 结果相符合 。 表 列 出 个炉号 系合 金 的△ 计算值与长 期 时效后 相析出 的分析 结 果 ， 可 见 ， 采 用本方法可以 评定 卜 系 合 金各炉次析 出 相 的倾 向 ， 结 果符合很好 。 ‘ 匆 。 乙 勃 必 令 从 厂。 一 衡 一 川 羊 图 表 一 型合 金 中 。 相 析出试验与△ ， 计算结果 变化 的元 素 “ 相 分析 结 果料 炉 号 － 、 器 农 、 … ‘ 卜 △ 线 化学 相 半 定量 分析 △ ， · · · ” · ” ’ 斌 。 … 。 ， 导 ， · · ， · … · 【 。 白自 … 较 多 特 多 一 一 一 一 一 一 一 一 一 无微少中 无痕 甘甘 一十一﹂冲 十污沦映厂晗陌卜尸巴﹄陌匕详队卜旧阮 白，目 ， 曰， 呼‘ 曰自曰自︼， ﹄ 月 勺自，上， 曰只匕，月一﹄了甘 ‘八上︸吕 … 八，﹃︸甘 任怪匀勺尸自厅八户上心了八一月 台往几孟，厅八八了︸﹄ ︶︸︸﹃一 计算加 入 量 。 合 金 趣 ℃ 小 时长 期时效后 相 分析 结 果 。 线半定 量 分 析 以 为 内标 。 又

:15C-35Ni型合金共选10个炉号，表3列出△N,值和长期时效后σ相分析结果，长期时 效后σ相的分析数据引自文献(18)，时效温度为700℃，由表3可见，700℃的预测结果也是 符合实验结果的。 图2为一些常用的铁基高温合金预测结果，此结果也与实验〔17-24)相符。 NY -0.201 Ny=驱 25Crzo Ni -0.150 有 18CY12Ni 6 -0100 相 反 -0.00 15G35N:zM2W23 Al357 2Cr37Mz Me2wAI Ti 0.000 156W3TM, 56A 年w1oN,乙5T, iCr37N6w2412,7T' ANy=正区 14Cw402M04W2412,5T, +0.050c36W3wh2MM2.8元' 无 6 +0.1003G4N:6N07 相 区 +0.50 +0.200 图2 四、方法的简化及应用 由图2看到，许多铁基合金处于析出·相的边缘，成分有少量波动就影响σ相析出倾向， 因此，我们不仅需要用本方法去合理调整成分，以得到组织稳定的合金，而且需要应用本方 法去评定不同炉号（同一合金）合金的析出σ相倾向，甚至要在炉前控制化学成分以得到组 织稳定的产品。 153

一 一 型合 金共选 个炉 号 ， 表 列 出△ ， 值和长期 时效后 。 相分析结 果 ， 长 期时 效后 口 相 的分析数据 引自文献 〔 〕 ， 时效温度为 ℃ ， 由表 可见 ， 了 ℃ 的 预测结果也是 符合 实验结果 的 。 图 为一些 常用 的铁基 高温合 金预测结果 ， 此结 果也与实验 〔 一 相符 。 图 四 、 方法的简化及 应用 由图 看到 ， 许多铁基 合 金处 于析出 相 的边缘 ， 成分有少量 波动就 影响 相析 出倾 向 ， 因此 ， 我们不 仅需 要用本方法去合理调 整 成 分 ， 以得到组织稳定 的合 金 ， 而且需要应 用木方 法去评定不同炉号 同一 合 金 合 金 的析出 相倾向 ， 甚至 要 在炉前控 制 化学成 分 以得 到组 织稳定的产 品

为了简化计算，可以采用以下近似方法：假设在某个合金的成分上下限附近的一个很狭 的成分范围内，△N,值与各主要合金元素之间有简单的线性关系並有加和性，就可以得到简 化公式： 表3 15Cr35Ni2Mo2WA1TiB合金 变化的元素%wt 700℃下 700℃3000小时后g N. △Nv 相分析结果(x线 号 Ti Cr C (N9)er 分析) 8 2.07 2.13 14.66 0.04 2.697 2.739 0.042 有 15 1.46 3.13 14.59 0.07 2.683 2.709 0.026 有 20 2.68 1.45 14.65 0.07 2.7022.715 -0.013 有 14 1.23 2.73 14.74 0.06 2.6662.643 +0.023 无 % 1.84 2.80 11.78 0.05 2.655 2.612 +0.043 无 13 0.98 2.11 14.68 0.08 2.651 2.598+0.053 无 19 2.03 1.13 14.77 0.07 2.678: 2.612 +0.066 无 3 2.23 2.31 11.80 0.05 2.694,k2.671 +0.025 无 2.40 2.56 11.800.08 2.704 2.702 -0.002 无（更长时间时效 可能有) 5 3.05 3.18 11.79-0.06: 2.739 2.869 -0.1297 有 表4 :·A-286型合金 炉 变化的元素%wt △N', 经650℃1600小时时效后的 号 Ni Cr Si Ti σ相(x线分析) 60 0.36 24.85 14.99 0.54 2.02 -1.53 少 0.45 25.55 15.91 0.53 2.00 -1.95 中 62 0.45 24.35 16.86 0.50 2.04 -4.04 乡 63 0.38 25.85 14.86 0.51 2.12 -0.75 少 64 0.39 27.25 13.73 0.46 2.02 +2.02 无 65 0.48 27.10 13.73 0.18 1.76 +2.74 无 66* 1.00 27.00 13.85 0.11 1.50 +1.64 无 69 0.56 27.25 13.73 0.13 1.61 +3.21 无 ◆一此合金含A11.00% △N'=2(A,×M,)+C (12) 式中：M:%一一合金成分中i元素的%重量百分数； A,%一i合金元素影响△N,值的斜率，该值愈大， i元素对△N,值影响愈大； C一系数。 154

为了简化计算 ， 可 以 采 用 以 卞近 眼方法 假设 在某个 合金的成分 上下 限 附近 的一 个很 狭 的成分范 围 内 ， △ 值 与 各主 妻合 金元 素 之间有简单 的线性关 系业有加和性 ， 就可 以得 到简 化 公 式 扣 。 仁 合 金 炉 变 化 的元 素 号 … ， ‘ 下 忿。 小时后 △ 、 相 分析结 果 线 分析 佗吃 无有 它脚 淞 乒弱 一 · “ ‘ ” 芍 人 … 一 … …” 一 … 犷 … 拼 曰目， ‘ 自，曰移自 一任刀 、 川匕月了八︺件比尸才几 刀一 ︸︸︸︸，︸‘ ︶ 一 八 八廿任八一甲‘‘ 。 … … 任怪八上任，月占‘ 上月吕，，工住了一， 八匕”工工﹃‘八︷ 上，‘上一，一 了工，， … 八︶日自﹃︸ 内匕只八几任了一︶几月 曰曰八自口刁上华 … 曰，土目，﹃︸土自， 、、 朋 · ‘ 远甘 一 仃 而 … … 无 更长 时 间 时效 可 能 有 有 八“通自昆口王占 土自，，工土 表 、 一 型合命 炉 变化 的元 素 ， 、 一 △ ‘ 经“ ℃ 小 时 时效后 的 相 线 分析 一 段 无少中多 一 一 一 ‘ 珍 ，口自， ︻ 一叹﹄刀，， 勺勺任上一，，刀 … 。 号 片口只叮叮︺︸︷才‘了八口﹃一刁介匕 八甘 … 出 口︺二曰工， 匕口人工一 ，上一闷上，月占上， 任八已氏乃」八几月一 … 八任 七八尸 令曰自 任，︻川二了月盖 望几氏︸日 八︶︵一 … 日八，︸︸︸ 辛 八” 勺八八内丹 匕白任﹄内，一 带 一 此合 金 含 △ ’ ， 二 乏 ‘ 十 式 中 ， 一一合 金成分中 元素的 重量百分数 ‘ － 合金元 素影响△ 、值 的斜率 ， 该 值愈 大 ， 元 素对八 值影 响愈大 － 系数

针对某一个合金，可以根据本方法半先求：A,和1C值来，不同的合金中的同一元素的 A,值是不同的，不能通用。经简化后，计算方便，只要知道合金成分(%重量)，就可迅 速评定该炉号的析出o相倾向性。以A-286型合金为例，该介金中以Cr、Ni、AI、Ti、 S；五个元素最影响σ相析出倾向，所得简化公式为： △N'w=Ni-3Ti-3.5A1-1.7Si-0.9Cr-4.7 △N'v≤0时有T相析出 式巾只考虑了万个主要元素，共他元素的影响较小，川不作严格的处职，只在系数C巾考虑。 应用此简化公式验证表2中11个炉号及}外8个炉号（长4），证明它也是可靠的。 可以采用△N',来分析σ相对性能的影响，在一定的长期时效条件下，金金的AN',俏愈 负的多，析出o相愈乡，对性能影响也更刷烈，图3a表示15Cr25Ni型合金中AN',-△a关 系，合金的△N'、值愈负，长期时效后脆化愈严重，断门也一般穿晶迭波断口变为沿晶界 的塑性断口（图3h)。 最后，应该说明，本方法求出的公式系依据650~750℃，1000~3000小时长期时效试 验结果，因此，对于更长时间使州，公式中的系数矿能要作某种修正。 沛棕心南过3哩治性5相阵 154-27N类F基合全 低ax的剥响后有的4q水恒 6 一6 5 肝正字处3理扰为0湘件仰 △4 1及的ax疙.故aK骏中 3 2 2 0 -234N 图3n15Cr25Ni型合金中AN',-△ax关系 图3h晶介σ相造成的沿晶塑性断口 155

针对某一 个合 金 ， 可以 根 据木方法 事先求 出 ， 和 值来 ， 不 同的合 金 中的同一 元 素 的 ， 值是不 同 的 ， 不 能通 用 。 经简 化后 ， 计算方 便 ， 只 要知道 合 金成 分 重 量 ， 就可 迅 速评 定该炉 号的析出 。 相 倾 句性 。 以 一 烈合 金 为例 ， 该合 金中以 、 、 、 、 ‘ 五个元 素最影 响 相析 出倾向 ， 所 得简 化 公 式 为 ，、 二 一 一 ‘ 一 一 一 八， 三。 时 有 。 相析 出 式 中只 考虑 了五个主 要元 素 ， 其 他 元 素的影 响 较小 ， ，汗不 作严 格 的处理 ， 只 在系数 巾考虑 。 应 用此简化公 式验 石 表 中 个炉 号及 ，外 个炉 号 表 ， 正明它也 是 可靠 的 。 可 以 采 用 △ ，、 来分析 相 对性 能 的影 响 ， 在一 定 的 长期 时效 条件下 ， 合 金的 八 ‘ 俏愈 负的 多 ， 析 出 相愈 多 ， 对性 能影 响 也更剧 烈 ， 图 表示 型 合 金 中 八， 一 △ ， 关 系 ， 合 金的 △ ，、 值愈 负 ， 长期 时效 后 脆化愈严 币 ， 断 门 也由一 般穿 晶迭 波 断 口 变为 洽 晶 界 的 塑 性 断 口 图 。 最 后 ， 应 该说 明 ， 木方法求 出的公 式 系 依据 、 ℃ ， 。一 口小 时 一 长期 时 效 试 验 结 果 ， 因此 ， 对于更 一 长时 间使 川 ， 公 式 中的系 数 ‘叮能 要作 某种修 正 ，异 彩汉澳丘差合 室 摘阵 枉介月脾 低 已衬 的 口卜夕毛 吞“ 芬 六匆咖 阵御 叙匆片吸 · 奋 ， 一乙 乡 之 图 一 口 一 一名 ， 少 一 不 。 川 ‘ 型 合金 中八 ‘ 、 一 八 关系 图 卜 晶 介 相 造成 的浴 晶 塑性 断 口

五、結 論 1.所提出的铁基合金相分计算方法是有效的，可以月来予测各类铁基高温合金析出T 相倾向。 2.进而简化处理的相分计算也是可行的。用它可以方便地评定和挖制合金析出σ相的 项向，同时还可以应用△N',值来分析σ相对有关性能的影响。 文中部分长期时效热处理工作是在大冶钢厂和上钢五厂进行的，特致以感谢。 参考文献 (1)H.J,Beattie,J.of APP.Phy.V.24 N010 1953 P.1322 (2)W.J.Boesch,J.S.Slaney:Met,Pro.V.86N01 P.109.1964. (3)L.R.Woodyatt,C.T.Sims,H.J.Beattic Tran,of the Met Soc,V.236 1966.April P.519. (4)C.T.Sims,Jour.Met,1966 octoher.P..1119. (5)R.L.Dreshficld Tran ASM V.61.1968 P.352. (6)R.L.Dreshfield,Metal,Trans V.2 1971 P.1341. (7)R.G.Barrows,J.B Newkirk,Metal.Tran.1972 N011 P.2889 〔8)C.T.Sims J.MetV.21.(1969)12.P.27. (9)H.J.Murphy C.T.Sims,A.M.Beltran J.Met,V20 1968,N011.P.46 (10)T.W.Cowan J.MetV.20.1968.N011P.22 (11)H.E.Collins C.S.Kortovich J.Mater,March,1969 V.A.MQ1.P.62 (12)J.E.Restall,E.C.Toulson Metals an d Materials V.7.M3 N04 1973. (13)O.H.Kreige,J.M.Baris Trans.ASM Quart 1969.V,69 No1 P.195 (14)J.T.Gow I.E.Harder Trans.ASM V.30 1942.P.855. (15)B.Hattersley,W.Hume-Rot hery JIsl V.204 1966 July P.683. (16)J.D.Jonesand W.Hume-Rothery JISI V.204 1966 N01.P.1 〔17)15C25Ni2Timo合金成分范围研究北京钢铁学院，大冶钢厂1974 〔18)15Cr35Ni2Mo2W2.3A42.5Ti铁基高温合金资料汇编，金属研究所。 〔19)北京钢铁学院，上海钢研所内部资料。 〔20)13Cr43Ni6Mo3Ti合金长期时效中组织和性能变化，金属研究所，上钢五厂，621所 〔21)Nimonic合金的组织.国外航空材料专题参考资料1973 〔22)22Cr37Ni2Mo2WA1Ti合金金相图谱621所， 〔23)14Cr37Ni6W2A】2.7Ti合金金相图谱北京钢铁研究院。 〔24)14Cr40Ni2Mo4W2A12.5Ti合金金相图谱上海钢研所。 〔25)北京钢铁学院内部资料。 (26)A.J.Cook,B,R Brown,JISI.V,171,1952.P345, 156

五 、 桔 箫 所提 出的铁 基 合 金 相 分计算方法 是 有效 的 ， 可以 川 来予 测 各类 铁 基 高温 合 金析 出 仃 相倾 向 。 ‘ 进 而简 化处 理 的相 分 计算 也 是 可行 的 。 用 它可 以 方 便 地评 定 和 控 制合 金析 出 。 相 的 倾 向 ， 同 时还 可以 应 用 八 ‘ 值来 分析 。 相对有关 性能 的影 响 。 文 中部分 一 长期 时 效 热 处理 工 作是在大 冶钢 厂 和 上钢 五 厂 进行 的 ， 特 致 以 感谢 。 参 考 文 献 〔 〕 ， ， ，， 加 〔 〕 ， 丁 ， 袍 〔 〕 ， 、 ， ， ， 〔 〕 ， 七， 二 一 〔 〕 ， 〔 〕 ， ， ， 名 〔 〕 ， ， 士 和 〔 〕 ， 施 〔 〕 · ， ， ’ ， ， 酗 〔 〕 ‘ 和 〔 〕 一 又 · ， ， 和 ， 〔 〕 、 ， 、 犯 地 〔 〕 只 ， 、 「 、 心 和 〔 一 〕 ‘ 尽 、 犷 ， ， 〔 〕 一 ， 王 一 · 了 〔 、 ， 一 恤 〔 〕 合 金成分范 围研究 北 京钢 铁学院 ， 大冶 钢 厂 〔 〕 · 铁基 高温合 金 资料汇编 ， 金属 研 究 所 。 〔 〕 北 京钢 铁学院 ， 上海钢研所 内部 资料 。 〔 〕 合 金长期 时 效中组织 和 性能 变 化 ， 金属 研究所 ， 钢 五 厂 ， 所 〔 〕 合 金 的组织 国外航空材料 专题 参 考资料 〔 〕 合金 金相图谱 所 〔 〕 合金金相图谱 北京钢 铁研究院 。 〔 〕 一 合金 金相 图谱 上海钢 研所 。 〔 〕 北 京钢 铁学院 内部 资料 。 〔 〕 ， 、 ， 正 卜 ， ， 一