铁对镍基铸造高温合金组织和性能的影响.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.02.021 北京钢快学院学报 1983年第2期铁对镍基铸造高温合金组织和性能的影响高温合金教研室葛占英叶锐喻孙金贵王惠：杨莲隐“ 要本文着重研究了0~25%铁对Ni-Cr-Mo-A1-Ti型镍基铸造合金组织及性能的影响。研究表明，随含铁量增加合金中Y'数量减少，尺寸变小，形态由立方状变为球状，MC量增多，而M23C。及M3C2量减少，铁明显地改变合金元素在Y-Y'中的分配关系，并提高合金的平均电子空位数N,从而促进σ相析出。随含铁量增加，合金中有密微量元素增加，铁严重地降低持久强度，但对拉伸强度影响较小，铁高时合金塑性下降。前言镍基高温合金有较好的热强性和组织稳定性，在航空、航海、石油工业等方面得到了广泛的应用。但由于镍为稀缺金属且价格昂贵，因此，在民用方面推广应用受到一定限制。国外对铁在Ni基合金中的作用做过一定的研究(1-9〕，国内也略有报道〔10〕，但缺乏系统的研究。本文着重研究用铁取代镍基铸造合金中部分镍的可能性。选择K。铸造高温合金为研究对象，在该合金中加入0~25%铁以观察其对合金组织、结构及性能的影响。一、合金材料的制备及试验方法试验用合金在五十公斤真空感应炉冶炼，金属重5Kg,再经真空重熔并浇注成试棒。合金化学成分见表1。合金的热处理制度为980℃/5小时/空冷。为了进一步研究铁对合金组织及性能的影响，又分别在750℃、800℃、860℃、900℃、980℃温度下时效10小时，50小时，100小时， 200小时，500小时。将不同含铁量的合金，经过980℃，5小时，空冷热处理后，制成中5mm,有效长度为 25mm的试棒，在ZDM型10吨拉压材料试验机上进行800℃高温拉伸试验。在BΠ2型持久试验机上进行816℃，34公斤/mm2持久试验。鉴别相所用浸蚀剂为：60m1HCl+8克CuSO+2m1H2SO。+30mIH,O浸蚀后在 Necphot--l型光学显徽镜上观察并摄照。 “此文在81年11月全国第四次高温合金会议上宣读并散发资料。 11

北京钥映学院学报年准期铁对镍基铸造高温合金组织和性能的影响高温合金教研室蕊占英叶锐食孙金资王惠杨莲随朴摘要本文着重研究。一铁对一一。一，一、型，墓铸造合金。织及性。。的影响。阶究表明，随含铁增加合金中产数减少，尺寸变小，形态由立方状变为球状，叭量增多，而及量减少，铁明显地改变合金元素在丫一丫产中的分配关系，并提高合金的平均电子空位数可，从而促进相析出。随含铁量增加，合金中有害微元素增加，铁严重地降低持久强度，但对拉伸强度影响较小，铁高时合金塑性下降。前一闷一一口镍基高温合金有较好的热强性和组织稳定性，在航空、航海、石油工业等方面得到了广泛的应用。但由于镍为稀缺金属且价格昂贵，因此，在民用方面推广应用受到一定限制。国外对铁在基合金中的作用做过一定的研究一〕，国内也略有报道〔〕，但缺乏系统的研究。本文着重研究用铁取代镍基铸造合金中部分镍的可能性。选择铸造高温合金为研究对象，在该合金中加入铁以观察其对合金组织、结构及性能的影响。一、合金材料的制备及试验方法试验用合金在五十公斤真空感应炉冶炼，金属重，再经真空重熔并浇注成试棒。合金化学成分见表。合金的热处理制度为℃ 小时空冷。为了进一步研究铁对合金组织及性能的影响，又分别在、 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 温度下时效小时，小时，小时，小时，小时。将不同含铁量的合金，经过 ℃ ，小时，空冷热处理后，制成小，有效长度为的试棒，在型吨拉压材料试验机上进行℃高温拉伸试验。在型持久试脸机上进行 ℃ ，公斤盆持久试验。鉴别相所用浸蚀剂为克 ‘ ‘ 浸蚀后在一型光学显微镜上观察并摄照。此文在年月全国第四次高温合金会议上宣读并散发资料。ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．１９８３．０２．０２１

表试验合金的化学成分重蚤超匕阵二… 、一一 … · … ’ ” · ” · “ · “民 ” · 吕 · 了‘ ” ， ‘ “ · ‘ “ …” · ” ‘ · ” ” · ” · ‘ ” · “ ” · ” ” · “ ” ” · ‘ ‘ · “ ” · ‘ · ” “ · ” ” · ” ” · ‘ “ · ” “ · · · “ · ” ” · ” ” · ”， “ … ” · ’ ‘ · ” “ · ” ” · ” · “ ” · ” ” · “ 苦护夸猛上斗翌斗竺华导书书鄂等 … ‘ … … ‘ 未测定未测定未测定。未测定八︸七幻丹八 … 任‘自‘孟上行勺口八工﹄了甘︸口任，曰口月任，人︸丹一 … 上，叮勺内峡八工尸‘ ‘﹄口臼用电解分离技术对主要相进行定量分析，电解条件列于表。表相的电解分离条件电解液组成电流密度电解温度 ℃ 电解时间小时洲一 ‘‘ 柠檬酸一常温。碳化物硼化物十柠檬酸一甲醇一冰盐水用粉末法德拜法及衍射仪法测定各相的晶体结构与点阵常数。用二次碳复型和一次萃取在日立一型电子显微镜上进行形貌观察及选区电子衍射并摄照。用电子探针、扫描电镜研究合金元素在碳化物等析出相及在基体上的分布。二、研究结果及讨论铁对合金中相的形晌对产相的影响由表及图看出，随着合金中含铁量增加，产相数量减少，而基体量增多。在无铁的合金中记数量为，而当含铁量为时，丫产减少到，如果含铁最达到，则洲相降到。夕相数量如此大幅度地减少，必然会影响到各种机械性能

协叭卜曰‘八甘见下面。衬及中各元素的相对含量随含铁量的变化示于图及。铁对尹化学组成的影响见表。从图表不难得出，随铁量增加，无论在了中或在丫基体中，铁含盆均增加，而含量均减少。还可有趣地指出，且变化不大，却有明显的增长趋势，而。与反而减少。丫基体及尹成分上这种变化，必然影响到基体的稳定性及丫’ 的溶解温度及热强性。洲相在这种铸造镍基高温合金中以两种形态存在 ’ ‘，一种是从液体中直接析出的尹，称尹共晶组织或一次尹，在光学显微镜下观察，一次尹常呈白色球团状或各种形态的花朵状，如图所示。图合金中及丫尹数随含铁的变化表合金护号含铁量重量 ‘ 一相化学相分析结果丫产中元索含量重量。 … ‘ 尹总盘 ‘丹︶，厅﹄甘丹任﹄‘ … ，曰自口，目吕任汽，二月，曰︸﹄曰自移，挑八一︸月几匕叮任‘月 … 自曰‘，几，二，︸﹄任月‘月八甘︸ “甘”‘孟甘︸吸匕﹄︸“口，工人八，二︶ … 丹曰勺‘心山，，目一上，曰匀，臼乙任才︺自内︸了 … 上︸，︹一八一匕自兮丹八二，月了户八乙勺挑一月曰‘几，孟，二 … 自移‘人立，几‘ 行代口‘吕匕才︸抢几 ”︸︸勺口八几勺﹄人曰‘，兮二月，表含铁量对尹一相化学组成的影响试样含铁量丫尹一相的化学式，曰白丹‘“山勺 ‘ ‘ 从镍基铸造合金的假想平衡图得出 ‘ 艺，合金液在凝固过程中先析出相，随着温度下降，进入三相区，产生 ” ‘ 共晶反应，形成洲共晶组织。因此共晶反应是在凝固过程的最后期在晶界与枝晶间区域的剩余合金液中进行的，换句话说，丫尹共晶总是位于晶界和枝晶区域

一‘一一沂了了川王，卜味，夕石乒‘ 铁布理定仑叫胡暇常、卜，早‘ 一中一一 ‘ 一丫了丫叫卜川户一一一尸丫尸又户、、‘口碑产一了伙一 ’ 一、、翩次叫 ‘ 碗报暇任切恶密盆叫卜图丫产中各元素的相对含量随含铁量的变化图，夕‘ 中各元素的相对含童随含铁的变化随着合金中含铁最的增加，丫了共晶量逐渐减少。当合金含铁量达到，金相观察表明，产共晶已完全消失。这主要是由于铁的加入减少了合余中镍的含录。进而改变了铝，钦在合金中的分配，使合个，，丫产共晶量越来越少。另一种是从固济体中沉淀析出的洲相，又称二次洲。如图中小黑点。二次尸一般尺寸较小，在光学显微镜下观察轮廓模糊不清，在电子显微镜下观察时，二次丫形貌为立方形，尺寸约为入。如图随合金中含铁图含合金中花朵状丫尹共晶组织量增加，二次产形态发生变化，由立方状状变为不规则形状，进而逐渐趋于球状，见图、、。二次尹尺寸也变小了，约入。引起二次产形态变化而且尺寸变小的原因，如前所述，主要是由于铁的加入引起固溶体及二次产成分变化，从而导致它们点阵常数的变化以及一 ‘ 之间错配度的变化，正如图一所指出的，主要进入丫和洲，取代部分原子。由于的原子半径入大于的原子半径人。铁取代镍一定会增加丫及声的点阵常数。文献 ’ ’的工作同样牛

表明，铁提高及尹的点阵常数，但更多地提高丫固溶体的点阵常数，因而降低，一洲之间的错配度，降低一丫‘ 相界面能，从而改变洲的形态有利于趋向球状，使其尺寸变小。铁对合金元素在丫及 ‘ 中分配的影响见表。很清楚，铁能明显地改变合金元素在丫及产中的分配关系。图立方体状二次尹组织无铁合金冰图不规则形状二次产组织含图球状二次产组织含表铁对合金元素在及洲中分配的影响炉号量 ‘ 』 ”甘︸一﹃︸奋月，‘几 “﹃︶甘︸性，月卫 … ︸︸﹄一月 ‘，几‘ 晓甘︸月七勺了六八几任一，“ 忿，，，吕，，，户八丹 … ，五自曰八阮」卜工含铁量对碳化物、。和硼化物等的影响本系列合金中，碳化物和硼化物主要是以板条状和鱼骨共晶状。在晶界及枝晶间析出，并有少量块状和。。存在于晶界与晶粒内。合金中加入铁后，碳化物及翻化落尽

物等析出量有明显变化，表见表 ‘ 。铁对碳化物和硼化物等相含量的影响合金中含铁量碳化物硼化物重量兮性任，曰兮月‘ 月了八厅︸八才口﹄ … 八甘二，几‘几‘‘ 通‘，曰自几，只︸弓，上 … 甘︸﹄行匕︸了丹工户沙甲厅任︸‘才甘八甘 …… 舀户内八甘，八︸ ‘自，曰‘ 亡 … ︸、犷一。。。飞， · 。，根瘾。相分祈数据可以看出， · 随合脚含铁量增加，碳化物、硼化物中的铁、钦含量增加，而铬、 ’ 硼含量减少。原因是铁加入，导致、加、型相析出，使基体合金元素贫化，因而使。。部分溶解，溶解时释放出的碳与基体中钦结合生成」碳化物，造成元素钦升高。合金中随铁量增加硼化物析出量减少。由于铬为硼化物的主要组成元素，而析出的。相中含有铬，所以娜化物减少，当然硼也就减少了。硼化物减少的另一个原因，可能与口相在硼化物上析出有关，见图名。铁对长时时效组扭定性的璐晌图针从相在上析出协 ‘ · 卜宁叭 · 众所周知，合金在长期使用过程中，组织稳定性是材料的一个重要性能。若使用过程中产生相，则合金材料产生脆化倾向，显著降低使用寿命。对不同含铁量合金进行观察，发现含铁量为时经过 ℃小时空冷处理后，有针状物析出见图此时针的数量不多，当合金中含铁量为时，针状物就相当可观见图。。图含的合金经 ℃ 小时空冷处理后的针状析出物图含的合金经 ℃ 小时空冷处理后的针状析出物

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主要是由铁造成的，密切有关。表其次是和。这与铁的加入引起合金元素在矛和中分配比的改变基体及口一相中各元素相对计数强度的测定结果一八汀一析一部一位一分一素一一一数一器一数︸一一果一一，一翔一一针状相基体表不同铁最合金的平均电子空位数合金炉号含铁里合金元素带入基体的电子空位数分量合金的平均电子空位数可勺‘甘恤︸曲品月勺砚户内 … 吸通互八︸曰﹄叮任︸‘九自‘， … 山上口二‘‘ 合曰勺吸占口二‘口甘八 … ，︷二，二二上，，︸行叮曰片，才了‘ … 。曰口，性内心月八，一 … 八︸︸么勺自‘上盛，孟，加么乙翎以训相报斗刃留铃定一一一系合金及一一系合金如。。一出现口一相时的可值是不同的，前者一般认为在左右，而后者大约在时就出现。一相 ’ ‘ ， ’ 。本研究所用合金基本上属卜一。系无。，因此予计刀，值较低时将析出仃一相。实验证明确实如此，在含的合金中经。℃小时长期时效后，发现了针状。一相图此时万约左右，远低于一一。一。系合金的。一相产生的临界值约印。在相同条件下无铁的合金不出现口一相。由此得出结论在类似那样一类镍基合金中，为了保证长期使用时不析出相，铁含量应小于。卜字二幼扣，邢图合金的平均电子空位数反，随含铁的变化这样，上述实验结果及讨论分析均表明，铁的加入严重地改变了合金元素在丫一洲之间的分配关系，显著地减少了洲量，改变了它的形态铁提高了合金的平均电子空位数万，促进一相针状大量析出。铁对含金性能的形晌石同含铁量的合金经过相同的热处理即 ℃ 小时空冷，在 ℃ 进行瞬时拉伸试验，