第9期 洪成淼等：Waspaloy合金碳化物和Y相析出规律的热力学计算 ,1019 影响[].在实际生产过程中，每个炉次的Y相和 度的选择等方面具有重要的指导意义， 碳化物主要形成元素含量会有所不同，它们的析出 量、析出和回溶温度也会产生变化，因此具体工艺 1计算方法 的制定与合金元素的含量存在着密切的联系，要精 采用Thermo Calc相平衡和热力学评估软件与 确控制Waspaloy合金的组织和性能，有必要在合金 相应的由Thermotech公司提供的Ni基高温合金 的成分变化与相的析出行为变化规律方面积累丰富 数据库进行热力学模拟计算.通过利用系统中各相 的理论数据 的热力学特征函数严格的热力学关系，建立热力学 本文主要通过冶金和材料热力学数据库计算软 模型，将相图和各种热力学数据联系起来，从而计算 件Thermo-Calef,分析了Waspaloy合金中可能析 出系统中所有的热力学信息，得到可能析出的平衡 出的平衡相及合金的化学成分对各相析出规律的影 相.在这里将Waspaloy合金的标准成分（见表l)和 响，这对该合金在成分控制、热加工工艺和热处理制 温度参数作为Thermo-Calc软件的输入条件，通过 表1 Waspaloy合金的标准化学成分范围（质量分数） Table 1 Standard chemical composition of Waspaloy superalloy % G Co 8 Ti fe Ni 18-21 12~15 3-5 2.75-3.25 1.2-1.6 0.02-0.08 ≤2 余量 改变合金中主要析出相形成元素C、A、Ti和Cr的 型含量时各相析出量与温度的关系，如图1所示， 含量（质量分数，下同），得到可能的析出相，并预测 从图1可以看出，Waspaloy合金的主要平衡相有Y 合金化学成分对析出相的影响，揭示各相的析出规 相、Y相、MC和M23C6碳化物以及o相和μ相.由 律.在改变一个元素含量时，其他元素的含量均采 计算结果可知，该典型成分合金所对应的初熔和终 用典型成分值， 熔温度分别为1314℃和1363℃，凝固范围只有 2结果与讨论 49℃.MC的开始析出温度为1314℃；Y相的初始 析出温度为1034℃；M23C6在低于971℃时就开始 2.1 Waspaloy合金的热力学平衡相 析出.400℃各析出相对应的平衡成分如表2所示. Waspaloy合金的典型化学成分（质量分数，%） Y为合金的主要强化相，碳化物MC和M23C6所占 为：C0.04,Cr20,Co14,Mo4,Ti3,Al1.4,Fe1,Ni 的比例虽然较小，但它们多分布于合金的晶界处，因 余量，经热力学平衡相计算，得出其化学成分为典 此对合金的性能有较大的影响， 1.0m 0.30 (a (b) 0.8 1314℃ 0.25 1363℃ 女0.20 0.15 0.10 02 1034℃ 0.05 M.C. MC MC。 ￥MC 300 600 900 1200 1500 600 900 1200 1500 温度/℃ 温度℃ 图1 Waspaloy合金各相析出量随温度的变化(a)及局部放大图(b) Fig.I Variation of precipitation phase content with temperature(a)and its partial higher magnification (b) 表2 Waspaloy合金析出相(400℃)对应的平衡成分（质量分数） Table 2 Calculated chemical compositions of equilibrium precipitation phases at 400C % 析出相 质量分数 Cr Mo Co Al Ti Ni 0.59 23.43 0.93 16.39 痕量 0.07 0.01 57.56 寸 0.28 1.60 0.08 2.43 5.15 11.33 79.37 M23C6 0.0091 71.6 20.27 1.26 5.14 痕量 1.70 MC 0.0028 1.31 1.17 痕量 18.70 痕量 78.80 痕量影响［5－8］．在实际生产过程中‚每个炉次的 γ′相和 碳化物主要形成元素含量会有所不同‚它们的析出 量、析出和回溶温度也会产生变化．因此具体工艺 的制定与合金元素的含量存在着密切的联系．要精 确控制 Waspaloy 合金的组织和性能‚有必要在合金 的成分变化与相的析出行为变化规律方面积累丰富 的理论数据． 本文主要通过冶金和材料热力学数据库计算软 件 Thermo-Calc ［9］‚分析了 Waspaloy 合金中可能析 出的平衡相及合金的化学成分对各相析出规律的影 响‚这对该合金在成分控制、热加工工艺和热处理制 度的选择等方面具有重要的指导意义． 1 计算方法 采用 Thermo-Calc 相平衡和热力学评估软件与 相应的由 Thermo-tech 公司提供的 Ni 基高温合金 数据库进行热力学模拟计算．通过利用系统中各相 的热力学特征函数严格的热力学关系‚建立热力学 模型‚将相图和各种热力学数据联系起来‚从而计算 出系统中所有的热力学信息‚得到可能析出的平衡 相．在这里将 Waspaloy 合金的标准成分（见表1）和 温度参数作为Thermo-Calc软件的输入条件‚通过 表1 Waspaloy 合金的标准化学成分范围（质量分数） Table1 Standard chemical composition of Waspaloy superalloy ％ Cr Co Mo Ti Al C Fe Ni 18～21 12～15 3～5 2∙75～3∙25 1∙2～1∙6 0∙02～0∙08 ≤2 余量 改变合金中主要析出相形成元素 C、Al、Ti 和 Cr 的 含量（质量分数‚下同）‚得到可能的析出相‚并预测 合金化学成分对析出相的影响‚揭示各相的析出规 律．在改变一个元素含量时‚其他元素的含量均采 用典型成分值． 2 结果与讨论 2∙1 Waspaloy 合金的热力学平衡相 Waspaloy 合金的典型化学成分（质量分数‚％） 为：C0∙04‚Cr20‚Co14‚Mo4‚Ti3‚Al1∙4‚Fe1‚Ni 余量．经热力学平衡相计算‚得出其化学成分为典 型含量时各相析出量与温度的关系‚如图1所示． 从图1可以看出‚Waspaloy 合金的主要平衡相有 γ 相、γ′相、MC 和 M23C6 碳化物以及 σ相和μ相．由 计算结果可知‚该典型成分合金所对应的初熔和终 熔温度分别为1314℃和1363℃‚凝固范围只有 49℃．MC 的开始析出温度为1314℃；γ′相的初始 析出温度为1034℃；M23C6 在低于971℃时就开始 析出．400℃各析出相对应的平衡成分如表2所示． γ′为合金的主要强化相‚碳化物 MC 和 M23C6 所占 的比例虽然较小‚但它们多分布于合金的晶界处‚因 此对合金的性能有较大的影响． 图1 Waspaloy 合金各相析出量随温度的变化（a）及局部放大图（b） Fig．1 Variation of precipitation phase content with temperature （a） and its partial higher magnification （b） 表2 Waspaloy 合金析出相（400℃）对应的平衡成分（质量分数） Table2 Calculated chemical compositions of equilibrium precipitation phases at 400℃ ％ 析出相 质量分数 Cr Mo Co C Al Ti Ni γ 0∙59 23∙43 0∙93 16∙39 痕量 0∙07 0∙01 57∙56 γ′ 0∙28 1∙60 0∙08 2∙43 － 5∙15 11∙33 79∙37 M23C6 0∙0091 71∙6 20∙27 1∙26 5∙14 － 痕量 1∙70 MC 0∙0028 1∙31 1∙17 痕量 18∙70 痕量 78∙80 痕量 第9期 洪成淼等： Waspaloy 合金碳化物和 γ′相析出规律的热力学计算 ·1019·