钴对Fe-Cr-Ni-Co基Refractoloy26合金力学性能的影响及节钴可能性研究

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1985.03.016 北京钢铁学院学报 1985年第3期 钴对Fe-Cr-Ni-Co基Refractoloy26 合金力学性能的影响及节钴可能性研究 (北京钢铁学院高温合全教研室)陈国良庄林忠 (上海钢铁研完所) 许嘉龙 摘 要 本文研究了钻对Fe-Cr-Ni-Co基Refractoloy.26合全力学性能的影响。以镍 取代原合金中的钴配制了分别含有0、7、14和20C0%wt四种不同成份的合金。 实验测定了合金的室温和高温拉伸性能，测定了不同含钻量合金的杨氏摸堂和 切变摸量随温度变化的关系，研究了合金在565℃和不同外加应力条件下的糯变 行为。实验结果证明：降低合金含钻堂对合金的瞬时拉伸性能没有显著影响， 但显著影响合金的蠕变速率和蠕变断裂寿命。研究证明，合金的蠕变性能和合金 基体的堆垛层错能密切相关，es心ys2。文中对在Refractoloy26合金中的节钻 可能性问题也作了讨论。 一、引 言 为了正确评价钴在高温合金中的作用，合理使用紧缺的战略元素钴，近年米在钴对高 温合金的组织，性能影响方面作了不少研究1.2)。对Waspaloy合金(3)，Uclimet700合 金(4及MAR一M247合金(5的研究结果均表明，合金含钻量对高温合金的组织和性能都 有影响，而对合金揣变性能的影响尤为显著。增加合金中的含钻量，将使：合金蠕变抗力增 大〔6)，从而使合金的蠕变速竿大幅度减小，蠕变断裂寿命成倍增加，估对合金蠕变性能的显 著影响作用主要是由于钻降低了合金基体的堆垛层错能，另外钻通过对合金中y‘相的析出 量和颗粒尺寸①、形猊，碳化物的折析出量⑦、分布状态等的作用，对合金的擂变性能也行、 影响。钴对合金的瞬时力泸性能一般没有很大的影响。但付不同的合金，由于其组织结构等 方面都存在较大的差异，因此钴对它的力学性能的影响程度也是不同的35)。本文主要 通过研究钻对Refractoloy26合金力学性能及对合金组织结构的影响关系，来讨论在该 合金中节钻的可能性。 5 33

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 钻对 一 一 一 基 郊 合金力学性能的影响及节钻可能性研究 北 京 钢铁 学院 高温 合 金 教研 室 陈 国 良 庄 林忠 上 海 钢 铁研 究所 许 嘉 龙 摘 要 本文 研 究 了枯 对 一 一 卜 。 基 合 金 力 学性 能 的 影响 。 以 镍 取代 原合 金 中的 钻 配 制 了分 别含 有 、 了 、 和 四 种 不 同成份 的 合 金 。 实验 加乳定 了合金 的 室温 和 高温 拉 伸 性 能 ， 浏定 了不 同含枯 量合金 的杨 氏 摸 量 和 切 变模 童 随温 度 变化 的 关 系 ， 研 究 了合 金 在 ℃ 和 不 同 外加 应 力 条件 下 的蠕 变 行 为 。 实验 结 果 证 明 降低 合 金 含 钻 量对 合 金 的 瞬 时拉 伸 性 能没 有显 著 影 响 ， 但 显 著 影响 合 金 的蠕 变 速 率和 蠕 变 断 裂寿命 。 研 究 证 明 ， 合 金 的蠕 变 性 能 和 合 金 基 体 的堆垛层 错 能 密 切 相 关 ， 是 二 丫 “ 。 文 中对 在 。 合 金 中的 节 钻 可 能 性 问题 也 作 了讨 论 。 一 、 引 言 为 一 正确 评价钻在 高温 合金 中的 作 用 ， 合 理 使用紧缺的 战略元素钻 ， 近 年来在钻对 高 温 合金的组织 、 性 能影 邢句方面 作 一不 少研究 〔 ‘ · “ 〕 。 对 合金 〔“ ’ ， 合 金〔 〕及 一 合金 〔 〕的研究结 果均表 明 ， 合金 含钻量 对 高温 合金的组 织 和 性 能 都 有影响 ， 而 对合金 蠕变性能的影响 尤为 显著 。 增加 合金 中的含钻 量 ， 将 使 合金 蠕变杭力增 大〔 “ ，，从而 使合金的 蠕 变速率 大幅度减 小 ， 蠕 变断裂 寿 命 成倍增加 。 钻 对合金蠕 变性能的显 著影响作 用主要是 由于 钻降低 一 合金基 体的 堆垛 层错 能 ， 另外 钻通过对 合金 中丫‘ 相的析 出 量和额粒尺 寸① 、 形 貌 ， 碳 化物 杆的 析出 是衡 、 分 布状 态 等的 作用 ， 对 合金的 蠕变性 能 也 仃勺 、 影响 。 钻 对 合金的瞬 时 力学 性能 一 般没 有很 人的 影响 。 但 对不 司的 合金 ， 由 于其组 抓结 沟等 方面都 存在较大的 差异 ， 因此 钻对 它 们 的力 学性 能的 影响 程度 也是不 同的 〔 ， 一 ，。 本文 主要 通 过研 究钻 对 合金 力学 性能 及对合 金组织结 构的 影响 关 系 ， 来 讨论 在 该 合金 中节钻的 可 能性 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1985．03．016

二、实验材料和实验内容 实验选用Refractoloy26为基本合金，以镍取代原合金中的钻，配制分别含有0、7、 14和20wt%C0的四种不同含钴量合金(7)。为了研究钴在合金固溶基体中的强化作用，根 据化学分析给出的合金基体成份，配制了与上述四个不同含钴量合金相对应的固溶体合 金，其化学成份与相应含钴量合金的固溶基体成份相同，文中以Refractoloy26B(Re26B) 代表这类固溶体合金。 实验测定了Refractoloy26合金的室温硬度，测定了二类合金(Refractoloy26和Re- racto1oy26B)在室温和高温时的拉伸性能和室温到700℃之间的杨氏模量和切变模量， 研究了二类合金在565℃，不同外加应力条件下的蠕变行为。 三、实验结果 不l同含钴量Refractoloy26合金的室温硬度，室温及高温拉伸性能测试结果列于表 1中。实验结果表明：Refractoloy26合金经正常固溶和时效处理后的室温硬度值随含钻 量的增加略有提高，随合金含钴量增加，合金在室温和高温时的屈服强度(YS),极限强度 (UTS)及形变塑性均有所提高。但总的来说，钻对这些性能影响并不显著。如图1所示， Refractoloy26合金的杨氏模量(E)和切变模量(G)随含钴量的提高而增加。 表1 Refractoloy26合金硬度和拉伸性能 Properties Rocomn Temperature 565℃ 650℃ 700℃ HB. Cowt 002 0。” 8 00.20b 8 00.2gb 6 00,2 Ob 0 576 1108 26.0 522 1000 21.0 546 890 22.6 538 755 24.8 1309 0Co 309 557 1098 26.4 526 1000 22.2 538 934 23.2 521 772 25.8 307 7Co 602 1118 26.8 532 981 22.2 564 869 24.0 546 790 30.8 306 309 588 1128 26.0 532 1000 21.1 564 937 26.1 542 803 31.8 309 585 1108 27.8 569 1020 20.4 582 930 25.0 5t7 819 28.2 315 14Co 311 588 1098 26.6 564 1010 22.4 570 981 27.3 573 823 29.6 313 1128 1049 22.8 29.8 563 801 34.2 317 20C0 ,623 28.0 566 578 990 318 628 1128 28,6 575 1069 24.4 591 :974 30.6564 831 36.4 317 Mpa 普箭：At room temperature 对不同含钴量的固溶体合金Refractoloy26B合金的拉伸性能及弹性模量值也作了实 验测定，其结果证明，二类合金(Refractoloy26和Refractoloy26B)的拉伸性能和弹 性模量随合金含估量的变化关系是一·致的8？。 Refractoloy2G合金在565℃时蠕变性能随含钴量的变化关系示于图2、图3中，从 中可以看到，随合金含估量的提高，合金的最小蠕变速率显著减小。而蠕变断裂寿命成倍 提高。 34

二 、 实验材料和实验内容 实验选 用 为基本合金 ， 以镍取 代原合金 中的钻 ， 配制分别 含有。 、 ， 、 和 。 的四 种不 同含钻量合金〔 〕 。 为 了研究钻 在合金 固溶基体中的强化作 用 ， 根 据化学分析给 出的合金基体成份 ， 配制 了与上述 四 个不 同含钻量合金 相对应的 固 溶 体 合 金 ， 其化学成份与相应含钻 量合金的 固溶基体成份相同 ， 文中以 。 代表这 类 固溶体合金 。 实验测定 了 合金 的 室温硬度 ， 测定 了二 类合金 和 在室温和高温 时的拉伸性能和室温到 ℃ 之间的杨 氏模量和切 变 模 量 ， 研究 了二 类合金在 ℃ ， 不 同外加应力条件下的蠕变行为 。 三 、 实验结果 不 同含钻量 合金的室温 硬度 ， 室 温及 高温 拉伸性能测试结果列 于 表 中 。 实验结 果表明 合金经正常固溶和 时效处理后的室温硬度值随含钻 量的增加略有提高， 随合金含钻 量增加 ， 合金在室温和 高温 时的屈 服强度 ， 极限强度 及形 变塑性均有所提高 。 但总的来说 ，钻对这些性能影响并不显著 。 如图 所示 ， 合金的杨 氏模量 和切变模量 随含钻量 的提高而 增加 。 表 合金硬度和拉伸性能 二 对不 屯 同含钻 量 一 的 固溶 让 体 迸 合金 冬 合金的 拉伸性能及弹性 哥 模量值也 作 了实 验测定 ， 其结 果证 明 ， 二类合金 和 的 拉伸性能 和弹 性模量 随合金 含钻 量的 变化关系是一致的 〔“ 〕 。 合金 在 ℃ 时蠕变性能 随含钻 量 的 变 化关 系示 于图 、 图 中 ， 从 中可 以看到 ， 随合金 含钻量 的提高 ， 合金 的 最小蠕变速率显著减小 。 而 蠕变断裂寿命成倍 提高

2.1 0Co 1.7 口14C0 y 20Co 8. 7.5 6.5 0100200300400600:600700 温度(C) 图1不同含钴是合金的弹性模量(E和G)值。 对所取实验应力下的不同含钻量合金蠕变性能数据回归分析结果表明，合金含钴量对 蠕变方程中的应力指数没有影响，不同含钻量的Refractoloy26合金稳态蠕变速本方程可 用下式表示： 1200 12 10 1000 8 300 6 600 400 D 2 200 10 20 10 20 W:°iCu Wt9s Co X 608Mpa 628Mpa 647Mpa X 608Mpa 628Mpa 647Mps O686Mpa A 706Mpa X 726Mpa O686MpaA 706Mpa X 726Maa 图2钻对Refractoloy26合金稳态蠕变速 图3钴对Refractoloy:26合金蠕变断 率的影响 裂寿命的影响。 35

︵昌。月沙石勺‘‘ 喇蟋俐孕 心 忍 乞滚山公州﹀叭 班娜霉喇 一 协 一 昌 叮 、 ，‘ ‘ 一 ‘ 温度 。 图 不 同含钻 量合金 的弹性模量 和 值 。 对所取实验 应力下 的不 同含钻 量合金蠕 变性能 数据 回 归分 析结 果表 明 ， 合 金含钻 量 对 蠕 变方程 中的应力 指数没有影响 ， 不 同含钻 最 的 合金稳态蠕变速率方程 可 用 下式表示 言伶︶ 睿婿渊索 臀州周户份︶场。工二 托 二之澳 叨百 。 遥 弋 甲 △ 图 钻对 合金稳态蠕变速 率的影响 卫 甲 △ 日 图 钻对 合金蠕 变断 裂 寿命的影响

es=Coln (1) 其中：C-f(Cw6wt) (2) 10 是合金含钴量的函数，随含钴量增加， 合金蠕变速率减小，C值减小。 同样，对合金蠕变断裂寿命与外 bD少 应力之间的关系作回归处理可得到： 配 哝 tf=Bo-10.7 (3) 其中B也是合金含钻量的函数。 10>5 合金的最小蠕变速率与蠕变断裂寿 命之间满足e:mjntf=K的关系，对Re- fractoloy26合金而言，m=0.981,接 LLLa 100 1000 近于1。图4中表示了双对数坐标下的 新裂方命（小时） e,一tf关系。在所取的实验应力范围 图4 Refractoloy26合金蠕变速率与断 内，合金的e,~tf之间具有很好的线性 裂寿命关系 关系，R=0.9964。 四、实验结果讨论 在Refractoloy26合金中，钻对合金的显微组织(7)和力学性能均有影响。对合金瞬时 力学性能的研究结果表明，Refractoloy26合金和Refractoloy26B固溶体合金的性能随 含钴量变化具有相同的趋势〔8)。由此可以认为，钴虽然对合金中的Y'相，碳化物相的析 出及Y~Y'相点阵错配度等组织参数都有影响，但这些组织参数的变化对合金瞬时力学性能 并不产生明显的影响作用，而估对这些性能的影响主要来自於钴对固溶基体的强化作用。 实际上，合金组织随含钴量的变化，对合金性能的影响有着二个不同的方面：碳化物 量的减少，品界分布状态的改善，Y'相颗粒尺寸的减小等都是有利于提高合金性能的，但Y' 相析出量的减少等将对提高合金性能带来不利的影啊〔7)。因此，这些组织因素的综合作 用结果并不明显影响合金的力学性能，而使周溶体合金和有第二相存在的合金性能随含针 最的变化具有相似的趋势。 估对Refractoloy26合金固溶基体的强化作用主要来自于以下原因：钻加入合金中可 能引起某种电子因素的变化，从而使合金基休中原子间结合力增火。这反映为随着含钻量 的增加，合金的弹性模量(E和G)值提高，基体点阵常数下降(7)，而这时参数都是和原 子间结合力有关的。另外钻进入合金基体，将改变合金中的堆垛层错结构，使层错宽度增 大，位错束集团难，合金得到强化。钻和基体中原子尺寸的差异也可引起一定的强化效 应，但一般不是很大的。 相对于合金的蠕变性能而言，钻对合金瞬时力学性能的影啊是比较小的，即使从原合 金中把钴全部替代出来，其瞬时力学性能的降低并不很大。但是对Refractoloy26合金蠕 变试验结果表明：钴对合金的蠕变性能具有显著影响。当含钴量从0%wt增加到20%Wt 时，合金在所取应力范围内的最小蠕变速率大致降低3,5~4.5倍，蠕变断裂寿命延长约 36

。 二 仃 一。 其 一 《，梦石 ‘ ‘ 是 合金 含钻 量的 函数 ， 随含钻 量 增加 ， 合金蠕变速率减小 ， 值减小 。 同样 ， 对合金 蠕变 断裂寿命与外加 应力 之 间的 关系作 回归处理可得到 一 · 其中 也是合金 含钻量的 函数 。 合金的最小蠕变速率与蠕变断裂 寿 命之间满 足 。 。 。 二 的关系 ， 对 合金而 言 ， 二 ， 接 ‘ 、 。。 户五 ︸ 瞥例叫份沪 近于 。 图 一 关 系 。 中表示 了双 对数坐标 下 的 在所取 的实验 应 力 范 围 断裂寿韶 小时 内 ， 合金 的。 。 一 之 间具有很好的线 性 关系 ， “ 。 图 合金 蠕变速率与断 裂寿命关 系 四 、 实验结果讨论 在 合金 中 ， 钻对合金的显微组织 〔 〕和力学性能均有影响 。 对合金瞬时 力学性能的研究结果表明 ， 合金和 固溶体合金的性能 随 含钻量 变化具有相同的趋势 〕 。 由此可 以认为 ， 钻 虽然对合金 中的丫 ‘ 相 ， 碳化物相 的 析 出及 竹 丫 ’ 相点阵错配度等组织参数都有影响 ， 但这 些 组 织 参数的变化对合金瞬 时力学性能 并不产生 明显的影响作用 ， 而钻对这些 性能的影响主要来 自放钻对固溶基体的强化作用 。 实际上 ， 合金组织 随含钻 量的变化 ， 对合金性能的影响有着二个不 同的方面 碳化物 量的减少 ， 晶界分布状态的改善 ， ‘ 相颗粒尺 寸的减小 等都是有利 于提高合金性能的 ， 但丫‘ 相析出量的减少等将对提高合金性能带 来不利的影响〔 〕 。 因此 ， 这些 组 织 因素的 综 合 作 用结果并不 明显影响合金的 力学性能 ， 而 使 固溶体合金 和有第二相存在的合金性能随含钻 最的 变化具有相似的趋势 。 钻 对 合金 固溶基体的强 化作用主要 来 自于 以下原 因 钻加 人合金 中可 能 引起 某种电子 因素的变化 ， 从而 使合金基体 中原 子 间结合力 增大 。 这反映为随着含钻量 的 增加 ， 合金的弹性模量 和 值提高 ， 基体点阵常数下降〔 〕 ， 而 这时参数都是和原 子 间结合 力有关的 。 另外钻进入合金基体 ， 将改变合金 中的堆垛层错结 构 ， 使层错宽度增 大 ， 位错 束集团难 ， 合金得到 强化 。 钻 和基体 中原 子尺 寸的差异也可 引起一定 的 强 化 效 应 ， 但一般 不是很大的 。 相对于合金 的蠕变性能而 言 ， 钻对合金瞬 时 力学性能的影响是 比较小的 ， 即 使从原 合 金 中把钻全部替代 出来 ， 其瞬 时力学性能的降低 并不很 大 。 但是对 吐 合金蠕 变试验结 果表 明 钻 对合金 的蠕变性能具有显著影响 。 当含钻量从。 增 加 到 时 ， 合金在所取应力范围 内的最小蠕 变速率大致降低 ， 倍 ， 蠕 变断裂寿 一 命 延 长 约

3.5倍。 山(1)式表示的不同含钻量合金录小糯变速率方程中可以看到，钻对合金蠕变速率 的影响表现为方程中的系数C随含钻量的增加而减小。由实验结果可以求出四种不同含钴 量合金的平均C值及C值与合金含钴量之间的关系式，将其代入(1)式得： e.=2.890×10-33(1-4.08×102Co%wt)g10 (4) 图5是双对数坐标下的e~（1-4.08×102C0%wt)00关系曲线。 根据钴不影响蠕变方程应力指数的事实，可以推测钴不影响Y'相的第二相强化作用， 而钴对合金蠕变性能的影响主要也来自于钴对合金基体的强化作用。为了确证这个论点， 对具有和Refractoloy26合金基体相同成份的固溶体合金的蠕变行为作了类似的研究。图 6所示的是这类合金的蠕变性能随含钻量的变化关系。实验结果证明，在固溶体合金中， 钻同样不影响蠕变应力指数，不同含钴量的固溶体合金的稳态蠕变速率方程式可以通过对 其蠕变测试数据作归一化处理而得到： 10 I00 0 60 10 】0- 40 20 0 16- 15 22 500 550 6v0 63070050 Wt'Co (1-1.08x10Ca0,元a 226Mpa O265Mp A304Mpa X343Mpa日382Mpa 图5 Refractoloy合金蠕变e:~(1-4.08× 图6钴对Refractoloy26D合金蠕变 102C0%wt)1:o0关系曲线。 速率的影响 e,=4.165×10-18(1-3.980×10-2Co%wt)g516 (5) 由式(5)可得到如图7所示的双对数坐标下固溶休合金中，~(1-3.980×102C0%wt)。 0关系曲线。 比较式(4)和(5)可以看到，合金含钻量对蠕变速率的影响项分别为Refractoloy 26合金中的（1-4.08×10-2Co%wt)和固溶休合金中的(1-3.98×10-2Co%wt), 二者近似相等，取为(1一0,04C0%wt),则(4)和(5)二个方程分别可表示为： 37

倍 。 山 式 表示 的不 同含钻 员 合金 放小蠕 变速率 方程 ， ，可 以看到 ， 钻 对合金蠕变速率 的 影响 表现为 方程 中的系数 随含钻 量 的 增加而 减小 。 由实 验结 果可 以求 出四种不 同含钻 量 合 金 的平 均 值及 值与合金 含钻量 之 间的关系式 ， 将其代入 式得 二 二 义 一 一 一 ， ， ‘ 图 是双对数坐标下的 介一 一 义 一 “ 。 青 关 系 曲线 。 根据钻 不影响蠕变方程 应 力指数的事实 ， 可 以推测钻 不影响 ‘ 相的第二相强化作用 ， 而钻 对合金 蠕 变性 能的影响 主要也来 自于钻 对合金基体的 强化作用 。 为 了确证 这个论 点 ， 对具 有和 合金基体相同成份的 固溶 体合金的蠕变行为作 了类似的研究 。 图 所示 的 是 这 类合金 的 蠕 变性能随含钻 量 的 变化关 系 。 实验结果证 明 ， 在 固溶体合金 中 ， 钻 同样不影响 蠕变应 力指数 ， 不 同含钻 量 的 固溶体合金 的稳态蠕变速率 方程式 可以通过对 其蠕变测试数据作 归一 化处理而 得到 一︸︸门 一 一 ‘ 绍 几粼 尹 ︹，的。。 咨哥州‘矿 ，。 卜 欲‘ 、 皿 。 阵愁里 二 一 － 一一 丈 二 二 吕 二 一叭 ﹄。甲铃用粼鉴 “ 。 。 。 。 一下而 飞、 ‘ 。 协 岁 △ ‘ 口 一 图 合金 蠕变。 喜一 一 义 一 ’ 。 关 系 曲线 。 图 钻 对 合金蠕变 速率的影响 。 一 一 一 。 ’ 由式 可得到 如图 所示 的双 对 数坐标 下 固溶体合金 中二 。 一 〔 一 火 。 一 。 击 关系曲线 。 比 较式 和 可 以看到 ， 合 金含钻 量对蠕 变速率 的影响项分 别 为 合 金 中的 一 火 一。 一 和 固溶休合金 中 的 一 又 一 ， 二 者近 似相等 ， 取为 一 。 ， 叫 。 ， 则 和 二个方程分 别 可表示 为

e,=A(1-0.04Co%wt)g1 (4′) e,=B(1-0.01Co%wt)g5.10 (5′) 其中A=2.980×1033,B=4.165× 1018。由于A和B在二类合金中都是不 随含钻量而变的常数，所以由(4') 0 和(5')式表明，钻对二类合金蟠变 速率的影响作用是相同的，二者具有共 同因子为(1-0.04Co%wt)。 图8是根据方程(4')和(5′) 作出的归一化曲线，通过对Co%wt, 10- e,σ及应力指数等参数的适当回归处 I50 125030035000 理后，固溶体合金和有时效析出相的合 （1-3.9×102C05w)56g 金的蠕变性能基本上可以用同一条曲线 图7 Refractlyoo26B合.蠕变es~(1- 来表示。在图中，二类合金回归直线的 3.980×102Co%wt)关系曲线。 斜克相等，在纵坐标上的截距分别为 (A)六和(B),而(A)六=5,573×10，(B)六=4,283×104，二者近似 相等，由此说明，用同一曲线来表示二类合金在图中的关系是可行的。这个结果也表明，第二 10x10-1 10×10￥ 9 5x10- ×10号 池说 0: 110~1 1×10 5×102 15×104 00 300 400500G00r00800 外加应力MPa) 图8不同含钴量合金蠕变外加应力与稳态蠕变速率参数的关系 注明：直标左半部为Re26B,右半部为Re26 38

一 ‘ 。 。 一 弓 · 产 其中 一 “ ， 火 一 ’ “ 。 由于 和 在 二类合金 中都是不 随含钻量而 变的常数 ， 所 以 由 ‘ 和 式表 明 ， 钻对二类合金 蠕 变 速率的影响作用 是 相同的 ， 二 者具 有共 同因子为 一 。 图 是根据方程 产 和 作 出的归一 化 曲线 ， 通过 对 。 ， 。 ， 及应力指数等参数的适 当回归处 理后 ， 固溶体合金和 有时效析 出相的合 金的蠕变性能基本上可以用 同一 条曲线 来表示 。 在图 ‘卜 ， 二类合金 回归直线 的 斜率相等 ， 在纵坐标上 的 截 距 分 别为 ， 二 一 。 巴饥口习 滩佩侧叼件 卜 。 ，丫 。 一 。 ” 汉 · 、 ’ “ 叮 图 合二 蠕变 一 、 一 关 系 曲线 。 而和 户下丁云， 而 而 一 ， “ 一而 又 一 名 ， 二 者近似 相等 ， 由此说明 ， 用 同一 曲线 来表示二类合金在图 中的关系是可行 的 。 这个结果也表 明 ， 第二 工 火 工户 、男价 广任护 嗯尾该。。， 头价几 声 ‘ 才了 咨多。名补思。 。二 ’ 夕 汉 丁一 ’ 一一乃 击一始厂击下护温 以 外 加 应力 你 图 不 同含钻量合金 蠕变外加 应力与稳 态蠕变速率参数 的关 系 注明 直标左半部为 ， 右半部为

朴的强化作用主要表现为提高合金的蠕变应力指数，亦即第二相质点强化主要靠提高合金 蠕变反应力，降低蠕变有效应力来实现的。钴对合金蠕变性能的影响关系同样证明了合金 中组织因素变化的综合作用结果不足以对合金的蠕变性能产生明显影响，钴的作用主要是 对合金基体的强化，这和钴对合金慨时力学性能的影响作用相似。 进一步的研究业已证明，合金的蠕变性能与周溶基体中的推垛层错能和蠕变内摩擦力 密切相关(9~16)。借助于对不同含钻量Refractoloy26合金堆垛层错能(17)和蠕变内摩擦 力18的研究结果，证明钻加入合金中，主要是使合金基体中层错能显著降低，蠕变内摩 擦力增加，蠕变有效应力减小，从而使个金隐态蠕变速率显著降低，断裂寿命成倍增加。 这是钻对固溶基体强化作用的本质。 根：实验测定的合金层错能及蠕变内摩棕力等有关数据，可得到式(4)的另一表达 式c18 e,=3.117×1024yg2.03 c-311314.7c×p{-0/RT} E(T)) (6) 而其普遍表达式可写成： e.=Ay" {} e×p{-0/RT} (6') 其中m≈2，o=4~5,Y,是基休垛层错能，σ.'是-个内摩擦力参数，它包括除堆垛层 错强化以外的其它各因素引人的内摩擦力之合力，和J.K.TiCn等(19.2o提及的o具有不 同的含义。对于这些问题将在其它文章中作较深入的讨论。 五、降低合金含钻量的可能性分析： 由实验结果和前面的讨论可以看到，钻对Refractoloy26合金性能影响最大的是使合 金蠕变速率下降，断裂寿命提高，而对瞬时力学性能的影响则是比较小的。因此降低合金 含钴量的可能性主要取决于合金的蠕变性能。根据实验数据处理得到的(4')式表明， 增加1%wt的钴将使合金的相对蠕变速萃降低4%，当合金含20%wt钴时，其最小蠕变速 率可降低到OCo合金的约20%，亦即降低4倍，蠕变断裂寿命提高约3.5倍。 但组织分析结果表明7)，随含钻量增加，合金组织稳定性降低，趋于析出TCP相， 在含有14%wt和20%wt钻的合金中，均发现有μ相析出，而对在高温环境下长期使用的合 金来说，合金的组织稳定性是很重要的。 另外，在实际生产中，还需考虑合金成本及原材料的供应等因素，对Refractoloy26 合金而言，由于它含有20%wt左右的估，要保持原成份情况下大量的生产使用是有困难 的，同时合金价格也比较昂贵。 综合考虑以上诸因素，基于既达到节估又能满足实际使用要求的目的，选用7%Wt钻 的合金是较合适的，其依据为： 1。,含7%wt钴的合金仍具有较好的蠕变性能以满足实际使用要求。与OC0合金相 比，可降低蠕交速率约35~40%，提高蠕变断裂寿命50以上。 2°·含7%wt钴的合金组织稳定性较好，实验结果证明，在该合金成份条件下已没 有μ相析出。 3。,采用含钻量为7%w的合金时，可节约原合金中的钴近三分之二，而合金原材 料成本降低约三分之一。 39

术的强化作用主要表现为提高合金的蠕变应力 指数 ， 亦 即第二相 质点 强 化主要靠提 高 合金 蠕变反应 力 ， 降低蠕变有效应力来实现 的 。 钻 对合金蠕变性能 的影响关 系同样证 明了合金 中组织 因素 变化的综 合 作用结 果不 足 以对 合金 的蠕 变性能 产生 明显影响 ， 钻 的作用主要是 对合金墓体的强化 ， 这 和钻 对合金 瞬 时 力学性能的影响作 用相似 。 进一步的研究业 己证 明 ， 合金 的蠕变性能 与 固溶基 体 中的堆垛层错能和蠕 变内摩擦 力 密切相关 〔 ” 一 〕 。 借助 于对不 同含钻 量 合金 堆垛层错能以 〕和 蠕 变 内 摩 擦 力〔 〕的研究结果 ， 证 明钻加 入 合金 中 ， 主 要 是 使合 金基体 中层错能 显著降低 ， 蠕变 内摩 擦力增加 ， 蠕 变有效应力减小 ， 从而 使合金稳 态蠕 变速率 显著 降低 ， 断裂 寿命成倍增加 。 这 是 钻对 固溶基 体强 化作用 的本质 。 根据实验测 定 的 合金 层错 能及 蠕 变 内摩擦力等有关 数据 ， 可得到 式 的 另一 表达 式〔 、 又 名 ， · “ · 又 ‘ 一 “ ‘ 而 其普遍表达 式可 写成 认 叫 豁司 一 ’ 。 二 ‘ 一 ， 其 中 二 ， 。 二 ， 丫 是基 体堆 垛层错能 ， 。 是一 个 内摩擦 力参数 ， 它 包括除堆垛 层 错 强 化 以外的共它 各因素引人 的 内摩擦 力之合 力 ， 和 等〔 ” · “ 。 〕提及的 ，具 有 不 同的含义 。 对于这些 问题 将在 其它 文章 中作较深 人的 讨 论 。 五 、 降低合金 含钻量 的 可能性分 析 由实验结果 和前 面的 讨论 可以看到 ， 钻 对 合金性能影响最大的是 使合 金蠕变速率下降 ， 断裂寿命提高 ， 而 对瞬 时力学性能的影响则是比较小的 。 因此 降低合金 含钻 量的 可能性主要 取决于合金 的 蠕变性能 。 根据实验数据处理得到的 产 式 表 明 ， 增加 的钻 将使合金 的相对蠕变速率 降低 坏 ， 当合金 含 钻 时 ， 其最小蠕变 速 率可降低到 。 合金 的 约 ， 亦 即 约降低 或倍 ， 蠕 变断裂寿命提 高约 倍 。 但组 织分 析结果表 明〔 〕 ， 随含钻量 增加 ， 合金 组 织稳 定性降低 ， 趋 于析 出 相 ， 在含有 和 钻的合金 中 ， 均发现有卜相析 出 ， 而对在 高温环 境下长期使用的合 金来说 ， 合金 的组织稳定性 是很重要 的 。 另外 ， 在实际生 产 中 ， 还需 考虑合金 成 本及原 材料的 供应等因素 ， 对 合金 而 言 ， 由于 它含有 左 右的枯 ， 要保特原戍份情况下大量 的生 产使用是 有 困 难 的 ， 同时合金 价格也 比较昂贵 。 综合考虑以上诸 因素 ， 基于 既达 到 布钻 又 能满 足实 际使 用要 求的 目的 ， 选 用 钻 的 合金 是较合适 的 ， 其依据为 ” 含 钻 的 合金 仍具 有较好的 蠕变性能 以满 足实 际使用要求 。 与 合金相 比 ， 可降低 蠕交速率约 ， 提高蠕变断裂 寿命 以上 。 “ 含 钻 的 合金 组织稳定性 较好 ， 实验结果证 明 ， 在该 合金 成份条件下 已没 有林相析 出 。 “ 采 用含钻 量 为 的 合金 时 ， 可节 约原合金 中的钻近 三分 之二 ， 而 合金原材 料成本降低 约三分 之一

为了使节钻后合金的蠕变性能得到进一步的提高，还可通过适当的合金化来加以强 化。研究结果证]2，加入证量的Mg可蛇紫是高介金的断裂寿命，加入一些优或适盘 增加原合金中的铝，将可使合金的蠕变速率降低。 六、结 论 1。.钴对Refractoloy26合金的瞬时力学性能影响不大，降低合金今钴量使合金拉伸 强度和形变塑性均略有降低，合金弹性模景随含钻量减小而降低。 2°·钻对合金的高温蠕变桩能有显著影响，在565℃和所取实验应力范围内，当合 金今估量从OCo增加到20Co时，合金稳态婚变速虫降低约4倍，断裂养命提高3.5倍左i。 在Refractoloy26合金中钻对合金相对蠕变速率的影响因子为(1-0.04Co%wt)。 3°，从节约紧缺合金元素和降低合金成本考虑，同时也兼顾合金的组织和性能关 系，认为可把原个金中的含估量降到？%w左右。此时合金仍具有相当好的力学性能以满 足实际使用要求，而合金的组织稳定性：提高，没有μ相析出。使用7%wt钻合金，可节约 结钓分之，介余成木降低分之一，行很大的经济效益和战略意义。 参考文献 1 ]J.K.Tien R.N.Jarrett High Temp.Alloys for Gas Turbines 1982 P423 [2 )J.K.Tien,T E Howson,G.L.Chen X.S.Xie J,Met.32 1980 P 12 3 )G.E.Maurer,L.A.Jackman J.A.Domingue Proc.4th.Int.Conf on Superalloys ASM Press 1980 P 43 (4 )R.N.Jarrett J.K.Tien Met.Trans.13A 1982 P 1021 5 ]M.V.Nathal,R.D.Maier L.J.Ebert Met.Trans.13A 1982 P 1767 6 ]J.Heslop,Cobalt 24 1964 P128 〔7)庄林忠、许嘉龙、陈国良，《钻对Refractoloy26合金显微组织的影响》， 1984(待发表) 〔8)庄林忠，硕士学位论文，1984 (9 F,A,Mohamed T,G.Langdon Acta.Met.22 1974 P779 (10 )A.S.Argon &W.C.Moffatt Acta.Met.29 1981 P293 C11 W,J,Evans G.F.Harrison Met,Sci.20 1976 P307 [12 JC.R,Barrett O,D.Sherby Trans.Met.Soci.AIME 233 1965 P1116 (13 ]G.Nelmes B.Wilshire Scripta.Met.10 1976 P697 [14 )C,N.Ahlqust W.D.Nix Acta.Met.19 1971 P373 15 )J,C,Gibeling W.D,Nix SU-DMS-79-T-1 1979 (16)C.N.Ahlqust W.D.Nix Columbia University Libraries Paper (2.5)19711106-1110 〔17〕庄林忠、许嘉龙、陈国良《钳对Refractoloy26合金层错能的影响》1984（待 40

为了使节钻后合金的 蠕 变性能得到进一 步的提 高 ， 还 可通过适 当的合金 化 来 加 以 强 化 。 研究结果证 明 厂 ’ ， 加入适 墩的 可显著捉高合 余的 断裂 寿命 ， 而 加 人 一 些 妮或适 量 增加 原合金 中的招 ， 将可 使合金 的蠕变速 率降低 。 六 、 结 论 “ 钻 对 合金的瞬 时 力学性能 影响 不 大 ， 降低合金 含钻 量 使合金 拉 伸 强度和 形 变塑性均略有降低 ， 合金弹性模量 随含钻量减小而 降低 。 “ 钻 对合金的 高温蠕 变性能有显 著影响 ， 在 ℃ 和所取实验应力范围内 ， 当 合 金 含钻量 从 增加到 时 ， 合金稳态蠕变速率降低约 倍 ， 断裂 寿命提 高 倍左 右 。 系 ， ， 乙 佗拿盆 ’ 〔 ‘ 乍 ‘ 关」 ‘ 廿 盆 个〔 盯踢 尘迷 少辛三附 另谈 早组达 士 一 刀 又 一 。 勺 黝 少 。 从 节约紧缺合金 元素和 降低合金 成本考虑 ， 同时也兼顾合金 的组织 和 性 能 关 认为可 把原合金 中的含钻 量 降到 左 右 。 此 时合金 仍具 有相 当好的力学性能以满 足 实际使用要 求 ， 而 合金 的组织稳定性提高 ， 没 有林相 析 出 。 使用 钻 合金 ， 可 节约 钻 约砚分之三 ， 合全 成木降低三分 之一 ， 有很大的经济 效益和 战略意 义 。 参 考 文 献 〔 〕 飞 玉 丁 八 〔 〕 ， ， 〔 〕 ， 〔 〕 加 一 〔 弓 〕 。 ， 〔 〕 ， 〔 〕 庄林忠 、 许嘉龙 、 陈国良 ， 《 钻对 合金 显微组 织 的 影 响 》 ， 待发表 〔 〕 庄林忠 ， 硕士学位论文 ， 〔 〕 〔 〕 人 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔 〕 一 一 一 一 〔 〕 。 一 〔 了 〕 庄林忠 、 许嘉龙 、 陈国 良 《 钻对 合金层错 能的影 响 》 待

发表) 〔18〕陈国良、许嘉龙、庄：林忠《合金蠕变的层错能和内摩这力模型之研究》1984 (待发表) C19 )O Ajaja,T.E.Howson,S.Purushothaman J.K.Tien Mater.Sci. Eng.44.1980.P165。 [20]X.S.Xie,G.L.Chen,P.J.Mchugh J.K.Tien Scripta.Met.16 (5 1982.P483. 〔21〕G.L.Chen et al,In“Superalloys1984”Proc.5th.Int.Conf.on Supe- ralloys,1984.P613 The Influences of Cobalt on the Mechanical Properties of Refractoloy 26 and the Study of the Possibility of Lowering Cobalt Content in the Alloy Chen Guo Liang,Zhuang Lin Zhong,Xu Jia Long Abstrat This paper deals with the effects of cobalt on the mechanical properties of Fe-Cr-Ni-Co base superalloy Refractoloy26.Cobalt is replaced by nickel to produce 0,7,14 and the standard 20 pct cobalt versions of the alloy.Tensile properties at room temperature and elevated tempratures,temperature depen- dence of Young's modulus and shear modulus,and the creep properties at 565C and varied applied stresses are experimentally determined.The results ndicate that lowering cobalt content has a little influence on the tensile properties,but a great influence on the creep rate and the stress rupture life. It is proved that the creep properties of the alloys depend directly on the iAalues of stacking fault energy in matrices.The possilility of lowering cobal content in Refractoloy 26 also has been discussed. 41

发表 〔 〕 陈国 良 、 许嘉龙 、 庄林忠 《 合 金 蠕 变的层错 能和 内摩擦 力 模型 之 研 究 》 待发表 〔 〕 ， ， ， 。 〔 〕 ， ， 弓 。 。 〔 一〕 “ ” ， ， ， 一 一 一 ， ， ， ’ ， ， ， ， 工