理论教育 镍基合金中金属间相的分析与优化

镍基合金中金属间相的分析与优化

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:在镍基合金中可能出现的金属间相主要有:σ相、Laves相、μ相、γ′相和有序Ni4Mo等。在镍合金中,σ相的形成温度区间通常为650~1000℃。σ相另一种危害是恶化了镍合金的耐蚀性。在镍合金中,加入少量的Fe和Cr,可减少或抑制Ni4Mo相的形成。在镍基合金中的合金元素Cr、Mo、W倾向于取代部分Ni,而形成更复杂的金属间相。在Ni28Mo镍合金中,于870℃通过包晶反应生成。Ni4Mo相的性质硬而脆,可显著地降低镍合金的韧性。

镍基合金中金属间相的分析与优化

在镍基合金中可能出现的金属间相主要有:σ相、Laves相、μ相、γ′相和有序Ni4Mo等。

1.σ相

在含有中等浓度Mo和Fe的镍合金中可能形成σ相。Si、Mo、W等合金元素强烈促使镍合金中σ相的形成,Ti和Nb也在一定程度上促使σ相的生成。在镍合金中,σ相的形成温度区间通常为650~1000℃。随着镍合金中合金元素含量的提高,其形成温度将向高温位移。

σ相的名义成分为FeCr,实际上由于Mo、Ni等原子参与反应,该相的成分应为(Fe,Ni)x(Cr,Mo)y。σ相的性质硬而脆,即使其析出数量很少,也能降低镍合金的韧性。σ相另一种危害是恶化了镍合金的耐蚀性。在强氧化性高温浓硝酸中耐蚀性的降低更为严重。沿晶界析出的σ相将使镍合金产生晶间腐蚀

为消除或减轻σ相的不利影响,可通过高温固溶处理或避免在σ相析出温度区间经受热作用。但最根本的办法是调整合金成分,提高合金相的稳定性,以防止σ相的形成。

2.Laves相

Laves相也称η相。在镍合金中,Leves相是Fe与Mo、W、Nb或Ta构成的金属间化合物。其形成温度往往与碳化物及σ相重合,主要在晶内沉淀,并与σ相及碳化物伴随出现,但形成速度较慢,数量较少。与σ相类似,Laves相的析出将导致镍合金的耐蚀性和韧性降低,但其影响的程度比σ相低得多。

3.μ相

μ相是(Fe,Ni,Co)3(W,Mo,Cr)2金属间化合物。在Ni-Cr-W-Mo镍合金中,可能在一定的温度范围内形成。由于μ相富W和Mo,将引起晶内Mo、W的贫化,从而降低镍合金的耐蚀性。为消除μ相的析出,一种有效的办法是通过调整镍合金中合金元素的含量,提高热稳定性。一旦在镍合金中出现μ相,则可采取高温固溶处理,使μ相重新溶解于基体中。

表9-2 国产镍合金牌号及标准化学成分(按GB/T 15007—2008)

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(续)

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表9-3 国产镍合金牌号及标准化学成分(按GB/T 15007—2008)

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4.γ′相

γ′相的基本化学式为、Ni3 Al、Ni3Ti、Ni3 Nb、Ni3(Al,Ti)等。在镍基合金中的合金元素Cr、Mo、W倾向于取代部分Ni,而形成更复杂的金属间相。γ′相的特点是以细小的质点弥散分布于合金基体中,可有效地提高镍合金的强度。在以Al、Ti、Nb合金化的沉淀硬化镍合金中,在特定的时效温度下可能形成γ′相。

5.Ni4Mo相

Ni4Mo是一种有序相。在Ni28Mo镍合金中,于870℃通过包晶反应生成。Ni4Mo相的性质硬而脆,可显著地降低镍合金的韧性。在镍合金中,加入少量的Fe和Cr,可减少或抑制Ni4Mo相的形成。

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