高温合金中的相

1、高温合金材料的金属间化合物（Inter-metallic compound phase of super-alloy）过渡族金届元素之间形成的化合物。按晶体结构可分两类，一类称几何密排 相（GCP相），另一类称拓扑密排相（TCP相）。1. 几何密排相为有序结构，高温合金中常见的有如下几种相：丫相化学式是Ni3A1，是Cu3Au型面心立方有序结构。铁基高温合金中 丫与y 基体的点阵错配度一般较小，锐基高温合金中错配度在 0.05%1%之间，随着 使用温度升高，错配度减小。由于丫与丫基体的结构相似，所以丫相在时效析出 时具有弥散均匀形核、共格、质点细而间距小、相界面能低而稳定性高等特点。丫相本身具

2、有较高的强度并且在一定温度范围内随温度上升而提高，同时具有一定的塑性。这些基本特点使丫相成为高温合金最主要的强化相。时效析出的 丫相常为方形和球形，个别情况呈片状和胞状，主要取决于析出温度和点阵错配 度。错配度较小或析出温度较低时易成球形，错配度大或析出温度高时易成方形， 错配度很大而析出温度乂较低时可成为片状和胞状。高温时效时，丫相不仅在晶内弥散析出，还可以在晶界析出链状的方形丫相。在长期时效和使用过程中，丫'相会聚集长大。铸态的一次（T +洪晶呈花朵状。丫相中可以溶入合金元素，钻可以置换锐， 钛、机；锭可以置换铝；而铁、铭、钳可置换锐也可置换铝。丫相中含IE、鸨等难熔元素增加，丫相

3、的强度也增加。当合金中丫相含量较少时，丫相尺寸大 小对强度的影响十分敏感，通常0.10.5/xm比较合适。当了 相数量达40%以 上时，丫相尺寸大小对合金强度的影响就不大敏感了， 允许有大尺寸的丫相存在。T相化学式Ni3Ti为密排六方有序相，其组成较固定，不易固溶其他元素.可相可 以直接从丫基体中析出，也可以由高钛低铝（Ti/Al N2 5）合金中业稳定的Ni3（Al, Ti）相转变而成。T相的金相形态有两种，一种是晶界胞状，另一种为晶内片状或 魏氏体形态。高温合金中出现. 因为T相总是伴随着强度下降，因为 可相本身 既无硬化作用而乂要消耗一部分 丫相。合金中减少钛含量，增加铝含量，加入适 量

4、硼可以抑止胞状 可相。某些铁基高温合金中加硅使生成 G相，造成晶界贫丫 区，可明显地抑止T相。T相的析出温度范围为700950C左右。冷加工能明显 促进可相形成。Y'相化学式为NixNb,体心四方有序结构，金相形貌是圆盘形。丫相具有高屈服 强度（q1300MPO）特点，这是因为丫与丫之间的点阵错配度较大，共格应力强 化作用显著。丫相是业稳定的过渡相，在高温长期保温下，很容易聚集长大并发 生Y't $Ni3Nb转变，因此使用温度不能超过 650700C。丫'相析出温度约为 550900C,析出速度较慢，这有助于减少焊缝热影响区时效裂纹倾向，因此用丫相强化的合金有良好的焊接

5、性。Ni Nb二元系中不出现丫业稳定相，而直接 形成稳定的&Ni3Nb相，只有加入适量的铁和铭才能形成丫相。因此，用丫相强化的合金都是铁锐基合金。0Ni3Nb 相CU3Ti型正交有序结构，金相形貌多数为薄片状，在 GH4169合金（中国）中 也见到晶界颗粒状的 0Ni3Nb相，在某些合金中还有胞状 &Ni3Nb相。该相析出 温度约为780980C。硅、锭促进*Ni3Nb相形成，用钥代替锭可以阻止 小i3Nb 相析出。GH4169合金中加入铝、钛可以抑止 丫 -Ni3Nb转变。2. 拓扑密排相晶体结构复杂，原子排列非常紧密，配位数高达1416,原子间距极短，只存在四面体间隙。高温

6、合金中常见的有如下几种。b相届四方点阵，最大配位数为15。°相的成分范围比较宽，锐基高温合金中为 （Cr, Mo）x（Ni, Co）y,式中z、y值在17之间，铁基高温合金中常为 FeCr（含 Mo）型。主要金相形态为颗粒状和片（针）状，数量多时可呈魏氏体组织。°相常在晶界形核，但也在M23C6颗粒上形核。最快析出的温度范围为 750870C。锐 阻止°相形成，铁、钻、铭、鸨、钳、铝、钛、硅都促进。相形成。 片(针)状a 相是裂纹产生和传布的通道，使合金脆化，有时还降低持久强度。晶界°相颗粒 常引起沿晶断裂，降低冲击韧性。Laves相有MgCu2型、Mg

7、Zn2型和MgNi 2型3种晶体结构，高温合金中多届MgZn2 型。Laves相的化学式为B2A, A为大原子半径元素，B为小原子半径元素。低 温时效呈细小颗粒状析出，高温时效时析出常呈短棒状或竹叶状， 还有晶界颗粒 状。析出温度范围较宽，约为6501100C,其上限温度随成分而异。由于Laves 相倾向于高温析出，所以可以利用它进行细化晶粒工艺，获得细晶材料。铁基高温合金容易产生Laves相。车乌、钳、锭、铝、钛、硅等元素都促进Layes相形成， 而锐、碳、硼、皓有抑止Laves相的作用。呈细小弥散质点析出的 Laves相对合 金有一定的硬化作用。大量针状 Layes相会降低室温塑性。少量短

8、棒状 Laves相 没有严重的有害作用。相化学式为B7A6,届三角晶系，B为周期表可族元素，A为V族、VI族元素。 V相的金相形态呈颗粒状、棒状、片状或针状。 v相由于颗粒较大，没有强化作 用，针状析出会降低室温塑性。合金中钳、鸨的总量超过 10%时易形成 M目。6相和Ni2AITi相6相为体心立方有序结构，Ni2AlTi为面心立方结构。这两相的金相形态很 相似，常呈块状、棒状或粗片状。用碱性苦味酸溶液煮后，6相变褐色，Ni2AITi相为杏黄色。这两种相都会降低合金力学性能。 铁基高温合金中，当钛与铝之比 小于0.5,而铝、钛总量乂超过4%时，就会析出6相。如果提高钛与铝之比，6 相就减少；当

9、钛与铝之比接近1时，就出现Ni2AITi相；当钛与铝之比超过1时， Ni2AlTi相逐步减少，Ni3(Al , Ti)就逐步变为惟一的析出相。G相分子式AeBieC?, c为硅原子，A为钛族和V族原子，B为钻、锐原子。晶 体结构为面心立方。G相的金相形貌为晶界块状，量多时可为网状。少量晶界G相对性能没有影响，含量较多时将降低持久强度。3. 相分计算预测和控制TCP相的出现相分计算是一种预测和控制高温合金出现拓扑密排相（主要是6相）的重要方 法，尚处丁半理论半实验阶段。其理论基础是根据拓扑密排相是一种电子化合物， 它的形成与合金的电子空位数有关。相分计算的要点是计算合金残余固溶体的电 子空位数Nv值。i式中Nvi。是j元素的电子空位浓度，xi为合金元素的原子白分数。Nv值大 丁临界值，合金会析出°相；小于临界值，合金组织稳定。根据实践经验，锐基 高温合金的临界值约为2.50,钻基高温合金的临界值约为2.70。铁基高温合金的 临界值不是一个包定值，随成分而异，随着锐含量增加而下降。中国对 GH2132 合金提出了一个简便易行的相分计算公式：= 1 Ni - 3Ti 5A1 1*