(7)Mg。镁(Mg)在镍基高温合金中是及其微量的,但是含有低于0。03%的Mg,会极大地增强合金的高温耐久性,并且降低加工难度。配合一定量的Ce、Zr元素能显著改善晶界状况,提高镍基合金的蠕变性能[10]。
(8)镍基高温合金中主要有O、S、H等,它们的存在对合金的影响是有害的。
1。5 高温合金的热处理
高温合金的物理化学性能、成分与组织结构和加工方式共同决定了材料的使用性能。金属材料的化学成分相同,通过不同的加工处理工艺,改变材料的内部组织结构,也可以使其性能发生极大地变化[11]。除了化学成分以外,金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素,对于成分复杂的镍基高温合金更是如此。热处理工艺对多元素复杂合金的影响尤为巨大。加热温度的高低、保温时间的长短和冷却速度的快慢都可以使合金的晶粒大小、析出相多少、以及强化相的含量发生巨大的改变,得到不同性能的材料。
高温合金的组织是可以通过热处理来调整的,如合金的晶粒大小,碳化物形态和分布,金属间化合物(γ’相)的大小和分布等都是通过热处理工艺来控制的。镍基高温合金的热处理方式一般为固溶处理。
固溶处理是为了溶解基体内碳化物。γ’相等以得到均匀的过饱和和固溶体,便于时效处理时重新析出颗粒细小、分布均匀的碳化物和γ相等强化相,同时消除由于冷热加工产生的应力,使合金发生再结晶。固溶温度主要根据镍基合金中相的析出和溶解规律及使用要求来选择,以保证主要强化相必要的析出条件和一定的晶粒度。镍基高温合金作为长期高温使用的合金,要求有较好的高温持久和蠕变性能,应选择较高的固溶温度以获得较大的晶粒度;若是合金在中温条件下服役并要求较好的室温硬度,屈服强度、拉伸强度、冲击韧性和疲劳强度的合金,可采用较底的固溶温度,保证较小的晶粒度。镍基高温合金具有较高的饱和度,通常在空气中冷却。
1。6 高温合金的强化机理
在高温合金材料的发展进程中,一直追求合金高温强度、抗蠕变和表面耐氧化侵蚀性能的提高,为了达到这样的效果合金中存有多种大量和微量元素。在镍基高温合金中加入的合金元素及其发生的作用效果主要分为以下三类:
(1)Co、Fe、Mo、V等与镍元素的原子半径相近的元素,它们主要起到固溶强化的效果。原子半径相似,可以较容易的进入奥氏体基体的面心立方晶体结构中。
(2)Al、Ti、Nb、Ta等元素,与内元素形成Ni3Al、Ni3Ti等沉淀相,即发生γ’相沉淀强化。文献综述
(3)Mg、B、C等元素,原子半径极小,无法与奥氏体基形成固溶体,多以形成MC型碳化物的形式,分布在晶界,主要起到晶界强化效果。
1。6。1固溶强化
由于固溶体可以承载着溶质原子,Co、Fe等与Ni具有相近半径的原子得以溶解在镍基高温合金的奥氏体基体中,从而使材料高温强度增高。无论是均匀分布于基体的或者非均匀分布于基体的溶质原子都对合金的强化起到促进作用。
镍基高温中合金元素固溶强化作用的强弱与在奥氏体基固溶体中的镍与溶质原子的半径差相关联,元素半径相差越小,其在固溶体中所引起的弹性畸变就越小,固溶作用就更加明显,即原子半径差决定合金元素在奥氏体基体中的溶解度。溶解度又在一定规律下作用于固溶强化的强弱。
1。6。2第二相强化
镍基高温合金不同于单相合金,除基体相以外,还有第二相存在。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时,将会产生显著的强化作用。第二相强化实际就是沉淀强化,镍基高温合金在一定条件的热处理时,会析出γ’相和γ”相,这两相产生的强化效应主要影响合金的硬度以及合金中微粒的尺寸,属于不可变形的微粒的强化作用。强化相的析出与位错产生交互作用,阻碍了位错的移动,提高了镍基高温合金的变形阻力。