。726 北京科技大学学报 第31卷 效果. 能国.综合考虑，第3代涡轮盘用粉末治金高温合 1175 金建议控制Nb/Ta比的取值为/1.1~1.1/1. 1170 2.6合金成分对点阵常数的影响 1165 在镍基高温合金中，Y相的点阵常数和Y相 E1160 1155 的点阵常数随成分而异，用△妇来表示两者之间 1150 54 的点阵错配度，其可用如下的经验公式来进行计 1145 52 算刀： 1140 135 50 △a=ay'-ay=0043-0.130Cc-0024Cc- 1130 48 0183CA+(0.156Cm-0.360Cm)+ [0.248(C+C)-0.421(CM。+Cw]+ AlTi 0372(C+CTa) (1) 图13Re104合金在760℃C时AVTi质量比对Y相析出行为的 其中，C和C分别是各元素在Y相和Y相中的原子 影响 分数.显然，Nb、Ta增大两相的点阵错配度，Cr、Co、 Fig.13 Effects of AVTi mass ratio on the precipitat ion behavior of Y'phase at760℃ Mo、W和高A/Ti比均减少错配度.一般认为，共 格应力强化作用在650~700℃以下有效（约 图14为在保持Nb十Ta总量不变（质量分数为 0.6Tm),在高温下点阵错配度大的Y'相不稳定性倾 3.3%)的前提下，分别模拟计算Nb/Ta比为1/2~ 向通过聚集长大和改变为位错型界面结构而松弛弹 2/1时Y相的析出情况.由图14可知，随着Nb/Ta 性应力.对更高温度下C750℃)使用的高温合金 比增大，Y相固溶温度先升高后降低，Y相析出量却 Y相与Y相的点阵常数差别越小，Y相越不易长大， 不断增多，可能与Nb降低A、Ti在Y相中的溶解 Y相才更稳定，合金才有更好的高温强度：否则要产 度，从而增加Y相的析出量有关.当Nb/Ta质量比 生过时效，使高温强度有所下降.利用Thermo- 为/1.1~1.1/1时，Y相固溶温度和析出量基本保 Clc热力学软件的计算值并结合式(1)可得国内外 持不变；当Nb/Ta质量比为1.25/1时，Y相固溶温 典型三代粉末治金高温合金51G11B1的点阵常 度达到最大值；进一步增大Nb/Ta比，Y相固溶温 数及错配度.图15为国内外典型三代粉末治金高 度降低，这可能与在高Nb的合金中易形成体心四 温合金的点阵错配度与使用温度的关系图.从图15 方结构的Y”一Ni3Nb和正交结构的C一Ni3Nb 可知，第3代涡轮盘用粉末治金高温合金建议通过 等相有关.对于Ree104合金，元素Nb的含量不到 调节合金元素含量以获得较小的点阵错配度. Ta的1/2，该合金具有较高的静态裂纹扩展抗力， 但其Y'相固溶温度和析出量不高会影响合金在更 820 NR6 NR3.LSHR 高使用温度下C750℃)的性能.LSHR合金强调 800- 780 Nb/Ta比的平衡，从而保证了其获得更加优异的性 760 Alloy10 NF3 FGH96CH98 .SR3 1171 55.0 E 740 KM4 ME3 169 54.5 -1167 680 660 FGH95 1165 54.0 640 0 0.050.100.150.200250.300.350.40 1163 △a% 53.5 1161 图15典型三代粉末高温合金的点阵错配度与使用温度图 1159- 530 Fig.15 Lattice parameter mismatch and serve temperature of three 三三三 generations wpresentative P/M superalbys Nb/Ta 图14ReF104合金在760C时Nh/Ta质量比对Y'相析出行为 3结论 的影响 Fig.14 Effects of Nb/Ta mass ratio on the precipitation behavior of (1)Reneé104合金在760℃时热力学平衡析出 Y'phase at760℃ 相为Y'、MC、M23C6、M3B2和TCP相.效果 . 图 13 René 104合金在 760 ℃时Al/ Ti 质量比对γ′相析出行为的 影响 Fig.13 Eff ects of Al/ Ti mass ratio on the precipit ation behavior of γ′phase at 760 ℃ 图 14 René104 合金在 760 ℃时 Nb/ Ta 质量比对γ′相析出行为 的影响 Fig.14 Effects of Nb/ Ta mass ratio on the p recipitation behavior of γ′phase at 760 ℃ 图 14 为在保持 Nb +Ta 总量不变(质量分数为 3.3 %)的前提下 ,分别模拟计算 Nb/ Ta 比为 1/2 ～ 2/1 时 γ′相的析出情况 .由图 14 可知, 随着 Nb/Ta 比增大 ,γ′相固溶温度先升高后降低 ,γ′相析出量却 不断增多 ,可能与 Nb 降低 Al 、Ti 在 γ′相中的溶解 度,从而增加γ′相的析出量有关 .当 Nb/Ta 质量比 为 1/1.1 ～ 1.1/1 时 ,γ′相固溶温度和析出量基本保 持不变;当 Nb/Ta 质量比为 1.25/1 时 ,γ′相固溶温 度达到最大值 ;进一步增大 Nb/Ta 比, γ′相固溶温 度降低 ,这可能与在高 Nb 的合金中易形成体心四 方结构的 γ″———Ni3Nb 和正交结构的 δ———Ni3Nb 等相有关 .对于 René104 合金 ,元素 Nb 的含量不到 Ta 的 1/2 ,该合金具有较高的静态裂纹扩展抗力 , 但其γ′相固溶温度和析出量不高会影响合金在更 高使用温度下(>750 ℃)的性能.LSHR 合金强调 Nb/Ta 比的平衡,从而保证了其获得更加优异的性 能 [ 13] .综合考虑 ,第 3 代涡轮盘用粉末冶金高温合 金建议控制 Nb/Ta 比的取值为 1/1.1 ～ 1.1/1 . 2.6 合金成分对点阵常数的影响 在镍基高温合金中,γ′相的点阵常数 aγ′和 γ相 的点阵常数 aγ随成分而异 ,用 Δa 来表示两者之间 的点阵错配度, 其可用如下的经验公式来进行计 算[ 7] : Δa =aγ′-aγ=0.043 -0.130CCr -0.024CCo - 0.183CAl +(0.156C′Ti -0.360CTi)+ [ 0.248(C′Mo +C′W)-0.421(CMo +CW)] + 0.372(C′Nb +C′Ta) (1) 其中, C′和 C 分别是各元素在 γ′相和 γ相中的原子 分数.显然 ,Nb 、Ta 增大两相的点阵错配度,C r 、Co 、 Mo 、W 和高 Al/ Ti 比均减少错配度.一般认为, 共 格应 力强化 作用在 650 ～ 700 ℃以下有 效(约 0.6 T m),在高温下点阵错配度大的γ′相不稳定性倾 向通过聚集长大和改变为位错型界面结构而松弛弹 性应力 .对更高温度下(>750 ℃)使用的高温合金, γ′相与 γ相的点阵常数差别越小, γ′相越不易长大, γ′相才更稳定, 合金才有更好的高温强度 ;否则要产 生过时效 , 使高温强度有所下降[ 7] .利用 Thermo￾Calc热力学软件的计算值并结合式(1)可得国内外 典型三代粉末冶金高温合金[ 5 , 10-11, 13-14] 的点阵常 数及错配度 .图 15 为国内外典型三代粉末冶金高 温合金的点阵错配度与使用温度的关系图 .从图15 可知 ,第 3 代涡轮盘用粉末冶金高温合金建议通过 调节合金元素含量以获得较小的点阵错配度. 图 15 典型三代粉末高温合金的点阵错配度与使用温度图 Fig.15 Lattice parameter mismat ch and serve t emperature of three generations representative P/ M superalloys 3 结论 (1)René104 合金在 760 ℃时热力学平衡析出 相为γ′、MC 、M23C6 、M 3B2 和 TCP 相 . · 726 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷