第6期 吴凯等：合金元素对新型镍基粉末高温合金的热力学平衡相析出行为的影响 725。 量对M3B2硼化物析出行为的影响.由图10可知， 的影响.由图I1(a)可知：M3B2的析出量随着Cr含 M3B2析出量随Mo含量增加而基本呈线性增加，可 量增加而基本呈线性减少，可能与Cr更倾向于形成 能是由于此时B相对于Mo总是富余的.M3B2析 M23C6碳化物从而在合金局部范围内会造成Mo的 出温度随Mo含量增加逐渐升高，结合随M0含量 贫化有关；M3B2析出温度随Cr含量增加而逐渐降 增加M3B2硼化物中Mo组分也增加的热力学计算 低.由图11(b)可知，MB2析出行为随W含量增加 结果，说明当B含量为定值时，可通过调节Mo含量 有如下规律：当ww≤44%时，M3B析出温度基本 来有效控制M3B2的析出行为.M3B2硼化物作为晶 保持不变，MB2析出量缓慢增加；进一步增大W含 界的强化相，需有一定的析出量，但还应控制合金在 量，M3B2的析出温度降低其析出量迅速增大，结合 高温下硼化物的析出量，以免过量的硼化物会对合 控制M3B2在高温下的析出温度和析出量以达到最 金的蠕变寿命与高温持久性能产生不利影响9， 佳的晶界强化效果，第3代涡轮盘用粉末治金高温 图11为Cr和W含量对M,B2硼化物析出行为 合金建议控制在ww≤4.4%. 0.3350m 0.346 1123 (a) 1128 (b) ■一摩尔分数 0.3345 鲁摩尔分数 0344 温度 ★一温度 1126 0.342 112 1124 0.340 0.3335 1122 1121 0.338 0.3330 1120 036 1120 0.3325 1118 0.334 0.3320 1116 0.33 10 11 1213 14 15 1.5 2.5 3.54.5 5.5 6119 Wc/% 0w6 图11Ree104合金在760℃时Cr(a和W)含量对M,B2硼化物析出行为的影响 Fig 11 Effects of Cr (a)and W(b)contents on the precipitation behavior of M3B at 760C 2.5合金成分对Y相的影响 下保持强化效果，改善了合金的高温性能.从调节 2.5.1Co和Cr元素的影响 新型高温合金中Y相固溶温度以提高合金的高温 Rene1O4合金中Y相结构式为Ni3(AlTi),其 稳定性考虑，且综合对比分析国内外第2代和第3 中Co、Cr可置换Ni,Nb和Ta可部分地置换Al和 代粉末治金高温合金的公开化学成分1.311，增 Ti.Co和Cr是固溶强化的主要元素，在Ree1O4合 Co降Cr是第3代涡轮盘用粉末治金高温合金的成 金中，两者添加量均超过10%（质量分数）：Ree104 分优化设计的趋势. 中Co和Cr含量对Y相析出行为的影响如图12所 2.5.2AVTi和Nb/Ta比的影响 示.分别调节合金中Co和Cr含量可发现Cr使Y Al、Ti、Nb和Ta等析出强化元素均会增加Y相 相固溶温度降低，Co使Y相固溶温度升高，增Co降 析出量.Al/Ti和Nb/Ta质量比对Y相的析出行为 Cr将使Y相固溶温度得到提高，以利其在更高温度 也有较显著影响.在保持A十Ti总量不变(7.1%) 1170 的前提下，分别计算了A1/Ti比为1/2~2/1时Y'相 1167 -Wc 1164 的析出情况，如图13所示.由图13可得，随着AV 1161 T比增大，Y相的固溶温度升高，Y相的析出量增 1158 1155 多.当AVTi比值较小时，形成起强化作用的Y相 1152 稳定性低，长期时效有强烈转化为”相一Ni3Ti的 1149 趋势：逐渐提高A/Ti比，取得较好的热强度和热稳 101214161820222426 定性配合：但当A1量超过上限时，可能出现有害的 图12ee104合金在760C时Co和Cr含量对Y相析出温度的 B一NiAl相.此外，过度的AI会促使Y基体内Cr 影响 的富集，增加TCP相的形成倾向1？.综合考虑，第 Fig.12 Effects of Co and Cr contents on the precipitation temper 3代涡轮盘用粉末治金高温合金建议控制A/Ti比 ture ofy'phase at760℃ 平衡，且Ti含量稍大于A1,使Y相起到理想的强化量对 M3B2 硼化物析出行为的影响.由图 10 可知 , M 3B2 析出量随 Mo 含量增加而基本呈线性增加, 可 能是由于此时 B 相对于 Mo 总是富余的.M3B2 析 出温度随 Mo 含量增加逐渐升高, 结合随 Mo 含量 增加 M3B2 硼化物中 Mo 组分也增加的热力学计算 结果, 说明当 B 含量为定值时 ,可通过调节 Mo 含量 来有效控制M 3B2 的析出行为 .M3B2 硼化物作为晶 界的强化相,需有一定的析出量,但还应控制合金在 高温下硼化物的析出量, 以免过量的硼化物会对合 金的蠕变寿命与高温持久性能产生不利影响 [ 9] . 图11 为 Cr 和 W 含量对 M3B2 硼化物析出行为 的影响 .由图 11(a)可知:M 3B2 的析出量随着 Cr 含 量增加而基本呈线性减少, 可能与C r 更倾向于形成 M23C6 碳化物从而在合金局部范围内会造成 Mo 的 贫化有关 ;M3B2 析出温度随 Cr 含量增加而逐渐降 低 .由图 11(b)可知,M 3B2 析出行为随 W 含量增加 有如下规律:当 w W ≤4.4 %时, M3B2 析出温度基本 保持不变,M 3B2 析出量缓慢增加 ;进一步增大 W 含 量 ,M3B2 的析出温度降低,其析出量迅速增大, 结合 控制 M 3B2 在高温下的析出温度和析出量以达到最 佳的晶界强化效果 , 第 3 代涡轮盘用粉末冶金高温 合金建议控制在 w W ≤4.4 %. 图 11 René104 合金在 760 ℃时 Cr(a)和 W(b)含量对 M3B2 硼化物析出行为的影响 Fig.11 Effects of Cr (a)and W (b)cont ents on the precipit ation behavior of M3B2 at 760 ℃ 2.5 合金成分对 γ′相的影响 2.5.1 Co 和 Cr 元素的影响 图12 René104 合金在760 ℃时Co 和Cr 含量对γ′相析出温度的 影响 Fig.12 Eff ects of Co and Cr cont ents on the precipitation t empera￾ture of γ′phase at 760 ℃ René104 合金中 γ′相结构式为 Ni3(Al, Ti), 其 中Co 、Cr 可置换 Ni , Nb 和 Ta 可部分地置换 Al 和 Ti.Co 和Cr 是固溶强化的主要元素,在 René104 合 金中, 两者添加量均超过 10 %(质量分数);René104 中Co 和 Cr 含量对 γ′相析出行为的影响如图 12 所 示.分别调节合金中 Co 和 Cr 含量可发现,Cr 使 γ′ 相固溶温度降低 ,Co 使 γ′相固溶温度升高, 增 Co 降 Cr 将使 γ′相固溶温度得到提高, 以利其在更高温度 下保持强化效果 , 改善了合金的高温性能 .从调节 新型高温合金中 γ′相固溶温度以提高合金的高温 稳定性考虑 ,且综合对比分析国内外第 2 代和第 3 代粉末冶金高温合金的公开化学成分[ 1 , 3 , 10-11] , 增 Co 降 Cr 是第 3 代涡轮盘用粉末冶金高温合金的成 分优化设计的趋势 . 2.5.2 Al/Ti 和 Nb/Ta 比的影响 Al 、Ti 、Nb 和 Ta 等析出强化元素均会增加γ′相 析出量.Al/Ti 和 Nb/Ta 质量比对 γ′相的析出行为 也有较显著影响.在保持 Al +Ti 总量不变(7.1 %) 的前提下 ,分别计算了 Al/Ti 比为 1/2 ～ 2/1 时 γ′相 的析出情况, 如图 13 所示 .由图 13 可得, 随着 Al/ Ti 比增大, γ′相的固溶温度升高 ,γ′相的析出量增 多 .当 Al/Ti 比值较小时 , 形成起强化作用的 γ′相 稳定性低,长期时效有强烈转化为η相———Ni3Ti 的 趋势 ;逐渐提高Al/Ti 比,取得较好的热强度和热稳 定性配合 ;但当 Al 量超过上限时 ,可能出现有害的 β ———NiAl 相.此外, 过度的 Al 会促使 γ基体内 Cr 的富集 ,增加 TCP 相的形成倾向 [ 12] .综合考虑, 第 3 代涡轮盘用粉末冶金高温合金建议控制 Al/Ti 比 平衡 ,且 Ti 含量稍大于Al ,使 γ′相起到理想的强化 第 6 期 吴 凯等:合金元素对新型镍基粉末高温合金的热力学平衡相析出行为的影响 · 725 ·