高温合金中的相
镍基单晶高温合金γ-Ni-γ'-Ni3Al相界中合金元素偏析行为及其对相界热力学稳定性和断裂强度的影
镍基单晶高温合金γ-Ni-γ'-Ni3Al相界中合金元素偏析行为及其对相界热力学稳定性和断裂强度的影响镍基单晶高温合金是一类在高温环境下应用广泛的材料，拥有优异的高温强度和抗氧化性能。
该类合金通常由γ-Ni基体和γ'-Ni3Al间质相构成。
然而，合金元素在γ/γ'相界中的偏析行为对合金的性能和稳定性具有重要影响。
γ/γ'相界是合金中重要的界面区域，其热力学稳定性和断裂强度直接影响着合金的整体性能。
过量的合金元素偏析会导致相界区域的化学成分不均匀，进而影响相界区域的力学性能。
因此，了解合金元素在相界中的偏析行为对于设计和开发镍基单晶高温合金至关重要。
在γ-Ni/γ'-Ni3Al相界中，几种主要的合金元素，如钨（W）、铌（Nb）和铝（Al），都存在偏析倾向。
这些元素在常温下主要弥散在γ-Ni基体中，但在高温下会向γ'-Ni3Al 间质相或两相界面偏聚。
根据研究发现，这种偏析行为与相界区域的能量状态密切相关。
以钨为例，其属于γ'-Ni3Al相中的强晶界偏析元素，添加适量的钨可以提高合金的断裂韧性；而过量的钨偏析则会导致相界区域的脆化，降低合金的强度和耐久性。
除了偏析行为的影响外，合金元素还可以通过改变相界区域的化学成分进而影响相界的热力学稳定性。
实验和模拟研究表明，钨的添加可以提高相界的热稳定性，减少相界二次相的析出，从而提高合金的高温强度和抗氧化性能。
然而，相界区域的化学成分也受到其他因素的影响，如固溶度限制和固相反应等，这些因素进一步增加了相界区域的复杂性。
总而言之，镍基单晶高温合金γ-Ni/γ'-Ni3Al相界中的合金元素偏析行为对其热力学稳定性和断裂强度具有重要影响。
了解合金元素在相界中的偏析行为可以为合金的设计和开发提供重要的指导。
因此，在开发新的镍基单晶高温合金时，需要综合考虑合金元素的偏析行为，并通过合适的合金设计和热处理方法来控制相界区域的化学成分，从而实现材料的优良性能。
高温合金中的相
高温合金材料的金属间化合物(Inter-metallic compound phase of super-alloy) 过渡族金属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丫基体的点阵错配度一般较小，镍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又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（丫+洪晶呈花朵状。
丫相中可以溶入合金元素，钻可以置换镍，钛、钒；铌可以置换铝；而铁、铬、钼可置换镍也可置换铝。
丫相中含铌、钽、钨等难熔元素增加，丫相的强度也增加。
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0.1〜0.5/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。
n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.相可以直接从丫基体中析出，也可以由高钛低铝（Ti/Al M2 5）合金中亚稳定的Ni3（Al，Ti）相转变而成。
n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。
e110锆合金中第二相的显微结构与演变规律
e110锆合金中第二相的显微结构与演变规律E110锆合金是一种高温合金，最初由埃克尔公司开发，并成功制备出具有良好物理和力学性能的微晶组织。
锆合金加工工艺中最常见的相组成为γ相、α相和α+γ相，其中第二相的微观结构和演变规律分别是：
①γ相，γ相的晶粒主要以小颗粒状，颗粒大小约1-10μm，具有较好的可塑性，孔隙较多，这种类型微观结构可以维持锆合金熔点低，片状特性良好，同时具有良好的冲击韧性和抗突变性能。
②α相，对α相，其基体由γ锆形成，形貌表现为晶界网状结构，穿过基体的α锆晶粒大小约为4-100μm，其特性与γ相相似，但比γ相更硬和更韧，表现出良好的高温力学性能，并具有较高的耐磨性能和优良的耐腐蚀性能。
③α+γ相，α+γ相对于γ相和α相，它的晶粒大小介于二者之间，相较于γ相和α相的组合，其具有良好的热力学性能，具有更好的抗蠕变性、高温强度、高温软化性和良好的耐氧化性能。
在熔点升高过程中，γ相最初衰变变相生成α相。
之后，随着熔点的进一步升高，随着γ晶粒逐渐减小，α相继续增长，最终混合γ+α相。
经过熔点提高后，α+γ相会增大，γ+α相会逐渐衰变，当熔点接近其最高值时，α+γ相会相对均匀地分布在基体中。
镍基高温合金中,析出相切过和绕过的临界尺寸
镍基高温合金中,析出相切过和绕过的临界尺寸镍基高温合金是一类在高温、腐蚀和应力应变条件下具有优异性能的合金材料，因此在航空航天、能源等领域得到广泛应用。
在镍基高温合金中，析出相是影响其性能的关键因素之一。
在析出相形成过程中，有一个重要的概念就是临界尺寸，这是一个关乎合金性能和稳定性的重要参数。
让我们来理解一下析出相在镍基高温合金中的作用。
镍基高温合金通常在高温下工作，而在高温下，合金中的固溶元素往往会析出形成弥散相。
这些析出相可以有效地阻碍位错的滑移和增材扩散，从而提高合金的强度和抗变形能力。
析出相还可以提高合金的高温抗氧化性能和耐腐蚀性能，使合金在高温高压的环境中表现出色。
我们来探讨一下析出相切过和绕过的临界尺寸。
在镍基高温合金中，析出相的形成过程是一个复杂的动力学过程。
当合金处于高温状态时，固溶元素会聚集并形成原子团簇，随着时间的推移，这些原子团簇会逐渐成长并最终形成稳定的析出相。
在此过程中，存在着一个临界尺寸的概念。
临界尺寸是指在形成过程中，原子团簇必须达到一定的尺寸才能继续成长，并最终形成稳定的析出相。
如果原子团簇的尺寸小于临界尺寸，它们很可能会因为热运动的影响而重新溶解，无法形成稳定的析出相。
在镍基高温合金中，析出相切过和绕过的临界尺寸对合金性能具有重要影响。
如果析出相的临界尺寸过大，那么在合金中形成稳定的析出相所需的时间就会变长，这可能会影响合金的生产效率。
另外，如果析出相的临界尺寸过小，那么原子团簇很容易就会超过临界尺寸形成稳定的析出相，这可能会导致析出相过度，从而影响合金的机械性能和耐腐蚀性能。
在实际生产中，为了控制析出相的临界尺寸，人们通常会通过合金化元素的添加、热处理工艺的优化等方式来调节合金的组织结构和析出相的形成过程。
通过合理地控制析出相的切过和绕过的临界尺寸，可以同时满足合金的强度、韧性、高温抗氧化性和耐腐蚀性等性能要求。
析出相在镍基高温合金中的切过和绕过的临界尺寸是影响合金性能与稳定性的重要因素。
金属间化合物基高温合金
金属间化合物基高温合金金属间化合物基高温合金是一种特殊的合金材料，具有良好的高温强度和耐腐蚀性能。
它由金属间化合物相和金属基体相组成，常用于航空航天、能源和化工等领域的高温工作环境中。
金属间化合物基高温合金的研发和应用，是为了满足高温工作环境对材料性能的高要求。
相较于传统的高温合金，金属间化合物基高温合金具有更高的熔点、更好的高温强度和更优异的抗氧化和耐腐蚀性能。
这使得它们能够承受更高的工作温度和更严酷的工作条件，同时延长了材料的使用寿命。
金属间化合物基高温合金的主要成分包括金属间化合物相和金属基体相。
金属间化合物相是指由金属元素和非金属元素组成的化合物，具有良好的热稳定性和高温强度。
金属基体相是指金属间化合物相中的基体金属，起到支撑和增强材料的作用。
金属间化合物基高温合金的研发过程中，需要考虑合金成分的选择、合金化工艺的优化和合金的组织结构控制等问题。
合金成分的选择是关键，需要根据具体的工作环境和要求，选择合适的金属元素和非金属元素，以实现合金的高温强度和耐腐蚀性能。
合金化工艺的优化可以通过调整熔炼工艺、热处理工艺和加工工艺等方式来改善合金的性能。
合金的组织结构控制是保证合金性能稳定和一致性的重要手段，可以通过合金的凝固方式、固溶处理和时效处理等来控制合金的晶粒大小、相分布和相间界面。
金属间化合物基高温合金的应用领域广泛，其中最为突出的是航空航天领域。
航空发动机和航天推进系统中的涡轮叶片、燃烧室和喷管等部件，通常需要承受极高的温度和压力。
金属间化合物基高温合金的高温强度和耐腐蚀性能，使其成为这些部件的理想材料。
此外，金属间化合物基高温合金还广泛应用于能源和化工等领域，如石油化工装备、核电设备和燃气轮机等。
然而，金属间化合物基高温合金也存在一些挑战和问题。
首先，合金的成本较高，由于合金中含有贵金属元素和稀有金属元素，导致其价格昂贵。
其次，合金的加工性能较差，由于合金的高熔点和高硬度，使得其加工难度增加，加工成本也较高。
FGH96高温合金中γ′相完全溶解温度的研究
，
Ｊ ｉ Ｚ ｈ ｅ ｎ”，Ｔｉ ａ ｎ Ｇａ ｏ ｆ ｅ ｎ ｇ ２ ） ，Ｊ ｉ ａ Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ’
１ ） （ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ
第３ １ 卷 第 ２期
２ ０ １ ３年 ４月
粉 末 冶 金 技 术
Ｐｏ ｗｄｅ ｒ Ｍ ｅ ｔ ａｌ ｌ ｕ ｒ ｇｙ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏｌ ｏｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３１，Ｎｏ ． ２ Ａｐｒ ． ２ ０１ ３
Ｆ Ｇ Ｈ ９ ６高 温合 金 中 ， ） ， 相 完 全 溶解 温 度 的研 究
ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｙ ｉ Ｓ １ １ ２ ０ ～１ １ ３ ７℃ ；ｆ ｒｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｂ ｅ ｌ ｏ ｗ １ １ ０ ０￣ Ｃ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｏ ｔ ｏ ｆ ，ｙ ｄ ｉ ｓ ａ ｐ ｐ ｅ ａ ｒ ｓ ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｌ ｙ ａ ｔ １ １ ０ ０—１ １ Ｉ Ｏ￣ Ｃ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｗｉ ｌ ｌ ｂｅ ｎ ｏ ａ ｔ １ １ ２０￣ Ｃ． Ｓ ｏ ｉ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕｄ ｅ ｄ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｉ ｎ ｔ ｈｅ Ｐ／Ｍ ｓ ｕｐ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ
镍基高温合金长期时效过程中第二相的析出
3
结
论
（l）合金在长期时效时会析出碳化物相与针 状 TCP 相 ・碳化物与 TCP 相的析出特性有着类 似之 处： 其颗粒尺寸大于 800C 时 效 容 易 析 出， 900C 时效时的尺寸 ・ （2）实 验 观 察 到 析 出 碳 化 物 种 类 有 M 23 C6 型、 M 7 C3 型； TCP 相有 " 相、 # 相两种 ・ （3） 趋向 !' 相的形貌随着时效时间的延长， 于方形， 而分布则越来越不平衡， 聚集并长大・基 体中析出的 !' 相的粒子平均半径的负三次方与 时效时间成正比， 符合里夫希茨 ・ 瓦格纳的第二相 粒子成熟理论 ・ 参考文献：
能的 显 著 下 降， 是合金组织中所不希望出现
［ 7， 8］ 的 本实验主要通过对固溶处理后的试样进 ・
行不同的温度与时间的时效处理后研究合金在不 同长期时效制度下的 #' 相、 碳化物和 TCP 相的 析出规律 ・
1
实验方法
实验用料为高温合金板材， 取自抚顺钢厂提
再在 M TP-1 磁力驱动双喷电 mm 小圆片各 5 个， 解减 薄 器 上 最 终 减 薄， 电 解 液 为 10% HCIO4 + 抛光电压 50 ~ 75 V ， 电流 50 mA， 90% C2 H5 OH， 双喷时利用干冰将电解温度控制在 - 25 ~ - 30 利用透射电镜进行观察并照相、 确定晶体 C 之内 ・ 结构 ・ !"# 扫描电镜观察 利用线切割方法切下大小适中的所需试样・ 在由粗到细的砂纸上仔细磨光并抛光・利用腐蚀 液： （20 mI）+ C2 H5 OH （ 80 mI）+ CuSO（ HCI 4 4 g） 进行腐蚀， 直至在光学显微镜下看到没有明显的 划痕， 并且可以清晰地看到晶界与部分晶内析出 相 （长期时效试样） 为止， 利用扫描电镜进行观察、 电子探针分析并照相 ・
高温合金初熔组织
高温合金初熔组织
高温合金是一种具有高温、高强度和耐腐蚀性能的金属材料，广泛应用于航空、航天、发电、化工等领域。
其初熔组织是指高温合金在加热过程中所呈现的微观组织特征。
高温合金的初熔组织通常包括两种类型：固溶体和残余相。
固溶体是高温合金中的主要相，通常由镍、铬等元素组成。
在高温加热过程中，这些元素会与其他元素形成固溶体，并随着温度的升高逐渐溶解。
残余相则是指高温合金中未被溶解的相，通常由铝、钛等元素组成。
这些元素的熔点较高，因此在高温加热过程中不易融化。
高温合金的初熔组织对其性能具有重要影响。
固溶体的含量和组成会影响高温合金的强度、塑性、耐腐蚀性等性能。
残余相的存在可以提高高温合金的耐热性能和抗氧化性能。
为了获得理想的初熔组织，高温合金的制备过程需要控制加热、冷却速度等参数，并注意合金中各元素的比例和含量。
此外，高温合金的热处理也会对初熔组织产生影响，通常采用固溶退火、时效等方法进行优化。
总之，高温合金的初熔组织是其性能优异的重要因素，只有在制备和加工过程中进行合理控制，才能获得理想的组织结构和性能。
- 1 -。
一种单晶高温合金中γ′相的析出行为
⑥
２１ Ｓｉ ｅｈＥｇｇ ０ ｃ Ｔｃ． ｎｎ． １ ．
矿 冶 技 术
一
种单 晶高温 合金中 相 的析 出行为
杨 旭
（ 东北石 油大学 ， 大庆 １３ １ ） ６ ３ ８
摘
要
研 究 了固溶冷却速度 和 时效 时间对 一种镍基单 晶高温合金 中 相 的析 出的影响。合金 经 １２０ ｏ ５ Ｃ固溶处 理 ４ｈ 从 ，
响 ｙ 相 的含量 、 寸 和 形 状 。若 水 冷 ， 相 过 细 ， 尺 增
ｗ ． ， ≤ ．１ 余量为 Ｎ 。合金经真空冶炼后采 ５５ Ｃ Ｏ ０ ， ｉ 用螺旋选晶法制备成单晶合金棒 ， 然后加工成直径
８ｍｍ 圆柱 形试 样供 热处 理用 。
加合 金 的脆 性 ， 同时 在 高 应 力状 态下 位 错 容 易 切 过
２１ ０ １年 ３月 ２ 日收 到
把 试样 从 炉 中快 速 取 出空 冷 ， 考察 不 同时 效 时 间 以
对 ｙ 相长 大 的影 响 。
沿横 向截 取 热 处 理后 的合 金 试 样 ， 成 金 相样 制 品 。样 品经 预磨 、 光后 采用 １％ 的磷 酸水 溶 液 电 抛 ０ 解腐 蚀 ， ＪＭ－－３ １ 用 Ｓ －６ ０ Ｆ冷 场 发 射 扫 描 电镜 （ Ｅ Ｓ Ｍ）
炉 中快速取 出， 分别进行 空冷 、 油冷和水冷 ， 以考 察冷却速度对 相析 出的影响。随后对固溶处理 后试样进行 时效处理 ， 以考
察 时效 时间和 固溶冷却速度 对 相长大 的影 响。结果表 明， 合金在 固溶处理 后 ， 相尺寸 随固溶冷却速 率的升高 而下降。在
时效处理 时， 相尺寸 的增大 率随固溶冷却速度 的增 大而减小 ； 随着 时效时间的增加 ， 相 的尺 寸增 加。
镍基高温合金中γ''和δ相的热力学性质与相变判定
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ；ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄｐｈａｓｅ；ｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ；ｃｈｅｍｉｃａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌ； ｓｐａｃｅｇｒｏｕｐ；ｆｉｒｓｔｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
γ″相是以 ＧＨ４１６９为代表的镍基多晶高温合 金中的一种重要强化相，热处理后约占合金体积
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第 ４３卷
γ″强化 相 数 目 减 少，因 而 导 致 合 金 力 学 性 能 降 低［３］．相关研 究［４］证 实 在 冷 轧 加 工 过 程 中，外 力
Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆγ″ ａｎｄδｐｈａｓｅｓｉｎｎｉｃｋｅｌｂａｓｅｄｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ
ＳＵＮ Ｈａｏｆａｎｇ１，ＴＩＡＮ Ｓｕｇｕｉ１，ＬＩＵ Ｌｉｒｏｎｇ１，ＪＩＮ Ｙｉｎｇ２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１４２，Ｃｈｉｎａ）
孙昊窻１，田素贵１，刘丽荣１，金 莹２
（１沈阳工业大学 材料科学与工程学院，沈阳 １１０８７０；２沈阳化工大学 能源与动力工程学院，沈阳 １１０１４２）
沈阳工业大学学报
摘 要：为了判定 ＧＨ４１６９合金中具有相同成分但不同结构的 γ″相和 δ相的相变类型，利用第一 性原理模拟和状态方程方法计算了 γ″相和 δ相的能量 体积关系曲线及相关热力学性质，并对其 结果进行比较分析．结果表明，在 γ″相至 δ相的相变过程中化学势保持不变，具有化学势一阶偏导 形式的热力学性质不变，但具有二阶偏导形式的热力学性质发生跃变．因此，γ″相至 δ相的转变为 二级相变，且该相变符合二级相变的空间群关系，遵从理论相变路径． 关 键 词：高温合金；析出相；相变；稳定性；热力学；化学势；空间群；第一性原理 中图分类号：ＴＧ１１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０２１）０５－０５２９－０８
高温合金金相检验
高温合金金相检验一、高温合金低倍检验1.低倍试样的切取与制备1.1 试样的数量及截取部位按相应技术条件中规定执行。
1.2 横向试样厚度约20~30mm。
1.3 纵向试样长度约55±5mm，试验面应通过轴向中心。
1.4 试样经砂轮磨平后，用砂纸或磨盘磨光，最理想进行抛光，试片洗涤干净后吹干。
1.5 板材试样沿纵向磨制。
2.试样侵蚀2.1 棒材、板坯、铸锭横向试样，能反映低倍组织及缺陷的，可采用下面浸蚀剂侵蚀。
a）盐酸500ml、硫酸35ml、硫酸铜150gb）盐酸1000ml、水1000ml、硫酸100ml、重铬酸钾50gc）盐酸3份、硝酸1份2.2 棒材纵向低倍组织可选用盐酸500ml、硫酸35ml、硫酸铜150g3.侵蚀操作3.1 一般试样侵蚀在室温下进行，将试面向上浸入侵蚀剂中进行观察。
3.2 浸蚀时间以清晰显示低倍组织及缺陷为准，时间约5～30min。
3.3 浸蚀后立即取出，用水冲洗并将试面上的浸蚀产物刷洗干净，必要时可采用约10%过硫酸铵水溶液洗涤，然后用水冲干净并用酒精清洗，后用吹风机吹干。
二、高温合金高倍检验1.试样的选取与制备1.1 试样的数量及切取部位按相应技术条件规定进行。
1.2 试样采用冷切或热切方法,热切须刨去热影响区，棒材厚度约10~15mm，板材试片为20~30mm。
1.3 按相应的技术条件规定热处理后加工试片。
1.4 试棒＜32mm时，试面中心线通过轴线沿纵向切取试棒1/2；试棒＞32mm时，沿纵向切取试棒1/4。
1.5 板材沿纵向磨制。
由于这些材料基体多数是奥氏体型，质地较软，磨抛过程中试面容易滑移变形，制样时要十分仔细，最好采用水砂纸，用力不要过猛，最后几道要轻磨，磨光后应进行清洗。
2.试样抛光和组织显示抛光时选用磨削能力大的磨料（如钻石抛光膏或氧化铝等），抛光时间不宜过长。
为消除变形层和加快抛光过程，抛光和腐蚀可以交替进行。
对一些较难制备的样品或较软组织，可采用电解抛光。
钨基高温合金材料的组织与性能研究
钨基高温合金材料的组织与性能研究钨基高温合金是一种重要的结构材料，具有优异的高温力学性能和热稳定性。
钨基高温合金材料的组织与性能研究是目前材料科学与工程领域的热点问题之一。
本文将从材料组织、性能及研究方法等方面进行探讨。
1. 钨基高温合金材料的组织钨基高温合金材料的组织主要由基体和相组成。
基体即是钨基合金的主要成分，通常是由钨与其他合金元素（如铌、钼等）共同组成。
相则是指在基体中形成的一种或多种高温稳定的二次相。
相的组成、分布和形貌对材料的力学性能和热稳定性有着重要影响。
2. 钨基高温合金材料的力学性能研究钨基高温合金材料的力学性能包括抗拉强度、屈服强度、断裂韧性等。
其中，抗拉强度是材料在受力作用下抵抗断裂的能力，屈服强度是指材料开始发生塑性变形的抗力，断裂韧性则是材料在断裂过程中吸收能量的能力。
这些性能的研究通常需要通过拉伸试验、冲击试验等手段进行测试。
3. 钨基高温合金材料的热稳定性研究钨基高温合金材料的热稳定性是指在高温环境下材料的微观结构和力学性能的稳定性。
高温环境下，材料容易发生晶界蠕变、相分解等现象，从而导致材料的力学性能下降。
因此，研究钨基高温合金材料的热稳定性对于材料的工程应用具有重要意义。
4. 钨基高温合金材料研究方法钨基高温合金材料的研究通常采用多种方法，包括金相显微镜观察、扫描电镜观察、X射线衍射分析等。
金相显微镜观察可以用于研究材料的组织结构，扫描电镜观察则可以观察材料的微观形貌。
通过X射线衍射分析，可以得到材料的晶体结构及晶体参数。
此外，还可以利用热稳定性试验、力学性能测试等方法来研究材料的性能。
总之，钨基高温合金材料的组织与性能研究是一个复杂而富有挑战性的课题。
只有深入研究和分析这些问题，才能更好地理解和应用钨基高温合金材料。
通过不断的实验和理论研究，相信在未来的发展中，钨基高温合金材料将会在航空航天、能源等领域发挥重要作用，为人类的进步做出贡献。
高性能金属结构材料－高温合金1.pdf
中、高温性能有害 (Nv>2.5,中温长期时效) 4μ-A7B6相 (三角晶系): 高W,Mo合金中出现 4 不常见的相:Laves相,R相,δ相
镍、铁、钴的合金化能力不同，镍具有最好的相稳定 性，铁最差，这是最重要的特性。镍或镍铬基体可以 固溶更多的合金元素而不生成有害的相，而铁或铁镍 基体却只能固溶较少的合金元素，有强烈的析出各种 有害相的倾向。这一特性为改善镍的各种性能提供了 潜在的可能性，而铁、钴则受到了一定的限制。
镍、铁、钴的这种特性与其各自的电子结构有关。
a 常规铸造等轴晶合金 b 定向凝固合金
c 单晶合金
左图为高温 合金的光学 显微镜照 片，通常为 枝晶组织， 枝晶间白色 大块为共晶 γ′相。
左图为高温 合金的扫描 电镜照片， 黑色块状为 γ′相，白色 编篮状为 γ，白色块 状为碳化 物。
形成筏排结构的过程可以分为以下几步:①γ′相的部分 溶解;②溶解的γ′相形成元素扩散;③扩散的元素在γ′颗 粒外延生长。
铸造合金：CC：K （28） DS：DZ（~10） SX：DD
粉末合金：FGH（95，96）
四、高温合金的应用背景与发展历史
¾主要应用领域
航空、航天、核工业、能源动力、交通运 输、石油化工、冶金等
¾航空上的应用
航空发动机（叶片、涡轮盘、燃烧室等） 高温合金用量>50%（高性能发动机上 60%）
航空发动机构造
高温合金的应用背景与发展历史
定向凝固镍基高温合金中μ相析出对室温拉伸性能的影响
ｉ 理 断 裂 ． 断 ｒ上 形 成 小 平 【 ． 图 ２所 示 解 在 ＝ １ ＝ 如 １
表 １ 析 出 ｕ相 对 合 盍 室 温 拉 伸 性 能 的 影 响
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参考文赫略 ．
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合金中的常见相
合金中的常见相铁基、镍基和钴基合金的基本组织是合金化的γ 相基体和弥散分布的强化相，如各类碳化物、氮化物和金属间化合物及强化晶界的一些碳化物或金属间化合物。
析出的强化相的质量分数应为百分之十几至几十。
当某些金属间化合物的形态呈片针状或胞状，在晶界上连续分布时，或碳化物呈块状排列，且数量又较多时，则可能损害合金的长期性能。
在新研制的合金中，通过“相计算”法，从化学成分上有效地控制有害相(如σ相)的析出。
1. GCP相(金属间化合物Ⅰ) --------几何密排相a.γ′相(Ni3Al)γ′相是铁-镍基和镍基高温合金中的重要析出强化相，弥散均匀分布，属Cu3Au型面心立方有序结构，其中Cu位置可部分被Co、Cr、Mo 等置换，Au可部分被Ti、Ta、Nb等置换。
液态析出的初生γ′相在镍基铸造合金中常为(γ+ γ′)共晶形式，呈白色花朵块状，分布于晶界和枝晶间。
块内的点、条和网状为γ基体。
先析出的共晶中含Al、 Ti较少，后期Al、Ti偏聚，γ′相增多，造成(γ+γ′)共晶内富Al、Ti，贫Co、Fe、Mo等元素。
在共晶外围Fe、 Co、Mo元素富集而易形成σ相。
初生γ′相共晶对持久强度影响不大，但降低塑性，易成为合金热疲劳开裂的源。
故应通过提高浇注时的冷速等方法来避免初生γ′共晶呈大块状或群团状出现。
铸态或固溶冷却时析出或时效析出的γ′相，即固态析出γ′相，主要以二种形态在晶内弥散分布，在合金化程度较低的镍基变形合金和所有铁镍基合金中，γ′ 相呈球状，其尺寸较小;在共格错配度大的合金中，则可呈立方体形，尺寸也较大，有的仅在高倍金相显微镜下能观察到;个别情况呈片状或胞状。
在合金长期时效或使用过程中，γ′相聚集长大，失去强化作用，强度和塑性均明显下降。
当其发生过时效长大时，通过固溶和时效可重新恢复析出强化的效果。
b. η相(Ni3Ti)具有密排六方晶格的η相其组成较固定。
它可直接从γ基体中析出，也可由γ′相转变而来。
高温合金强韧化机理的研究
高温合金强韧化机理的研究高温合金是一种应用广泛的材料，主要用于高温环境下的航空、航天和能源等领域。
然而，由于高温环境下的应力和温度的共同作用，高温合金往往容易发生塑性变形和断裂，影响其使用寿命和性能。
因此，对高温合金的强韧化机理进行研究具有重要意义。
高温合金的强韧性取决于其微观结构和组织特征。
首先，高温合金中的相数量和组成是影响其强韧性的重要因素之一。
相数量过多会导致局部应力集中，增大断裂的可能性；相组成的变化则会影响其热稳定性和塑性变形的能力。
因此，在高温合金的制备过程中，需要控制相的数量和组成，以实现强韧化。
其次，高温合金中的晶粒尺寸和晶界特征也对其强韧性起到重要作用。
较小的晶粒尺寸可以提高材料的强度和塑性，因为较小的晶粒尺寸会导致弥散硬化效应的增强，从而增加材料的韧性。
晶界是晶粒之间的界面，其特征也会对材料的强韧性产生影响。
优化晶界的特征，可以增加晶界的强化作用，提高材料的抗拉强度和韧性。
此外，高温合金中的位错密度和位错类型对其强韧性的影响也不可忽视。
位错是晶格的缺陷或错配，可以通过运动和堆积来影响材料的塑性变形和断裂行为。
高位错密度会增加材料的强度但降低其韧性，而位错类型的变化则会影响材料的断裂方式和应力传递机制。
因此，研究位错密度和类型的调控策略对高温合金的强韧化具有重要意义。
除了微观结构和组织特征外，高温合金的化学稳定性和表面处理也会影响其强韧性。
高温合金处于极端的高温和气氛环境下，容易发生氧化、腐蚀等化学反应。
因此，通过调整合金的化学成分和采取适当的表面处理方法，可以提高高温合金的化学稳定性和耐腐蚀性，从而改善其强韧性。
需要指出的是，高温合金的强韧化机理是一个复杂而综合的问题，涉及多个方面的相互作用。
在实际应用中，还需要结合具体的工艺条件和使用环境，针对性地进行材料的设计和工程改进。
同时，高温合金的强韧化研究需要借助先进的实验手段和计算模拟方法，结合理论分析和实验验证相结合，以全面深入地揭示其机理。
单晶高温合金dd6高温显微组织演化规律研究
单晶高温合金dd6高温显微组织演化规律研究
单晶高温合金DD6是一种具有优异高温力学性能和耐蠕变性
的材料，被广泛应用于航空、航天等领域。
DD6高温合金的显微组织演化规律主要涉及相变、析出和晶
粒长大等过程。
下面将对这些过程进行详细说明：
1. 相变：DD6高温合金在高温条件下经历固溶和析出相变过程。
固溶是指合金中的元素在固态溶解于基体中，形成固溶体。
在高温条件下，固溶体会发生析出相变，即固溶体中的溶质元素会形成析出相。
相变过程中的原子重排和位错运动是影响显微组织演化的重要因素。
2. 析出：DD6高温合金中的析出相主要包括γ'相和γ"相。
γ'相
是由镍、铝和钛等元素组成的强化相，γ"相是由硼、铌和钛等
元素组成的强化相。
在高温合金的固溶体中，这些硬质相会从固溶体中析出出来。
析出过程中的相间相互作用、成核和生长是影响析出相形貌和尺寸的关键因素。
3. 晶粒长大：在高温合金中，晶粒长大是显微组织演化的一个重要过程。
晶粒长大是指晶粒之间的相互吞噬和扩张，使得晶粒尺寸增大。
晶界能的降低和晶粒边界的运动是晶粒长大的驱动力。
通过对DD6高温合金显微组织演化规律的研究，可以进一步
优化合金的热处理工艺和合金设计，提高其高温力学性能和耐蠕变性能。
91高温合金中的相
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高温合金材料的金属间化合物
(Inter-metallic compound phase of super-alloy) 过渡族金属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:
γ’相
化学式是Ni3A1，是Cu3Au型面心立方有序结构。
铁基高温合金中γ’与γ
基体的点阵错配度一般较小，镍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γ’与γ基体的结构相似，所以γ’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。
γ’相本身具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γ’相成为高温合金最主要的强化相。
时效析出的γ’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又较低时可成为片状和胞状。
高温时效时，γ’相不仅在晶内弥散析出，还可以在晶界析出链状的方形γ’相。
在长期时效和使用过程中，γ’相会聚集长大。
铸态的一次(γ+γ’)共晶呈花朵状。
γ’相中可以溶入合金元素，钴可以置换镍，钛、钒；铌可以置换铝；而铁、铬、钼可置换镍也可置换铝。
γ相中含铌、钽、钨等难熔元素增加，γ’相的强度也增加。
当合金中γ’相含量较少时，γ相尺寸大小对强度的影响十分敏感，通常0.1～0.5／xm比较合适。
当了’相数量达40％以上时，γ’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γ’相存在。
η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. η相可以直接从γ基体中析出，也可以由高钛低铝(Ti/Al≥2．5)合金中亚稳定的Ni3(Al，Ti)相转变而成。
η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η相总是伴随着强度下降，因为η相本身既无硬化作用而又要消耗一部分γ’相。
合金中减少钛含量，增加铝含量，加入适量硼可以抑止胞状η相。
某些铁基高温合金中加硅使生成G相，造成晶界贫γ’区，可明显地抑止η相。
η相的析出温度范围为700～950℃左右。
冷加工能明显促进η相形成。
γ´´相
化学式为Ni x Nb，体心四方有序结构，金相形貌是圆盘形。
γ´´相具有高屈服强度(≈1300MPa)的特点，这是因为γ与γ´´之间的点阵错配度较大，共格应力强化作用显著。
γ´´相是亚稳定的过渡相，在高温长期保温下，很容易聚集长大并发生γ´´→δ-Ni3Nb转变，因此使用温度不能超过650～700℃。
γ´´相析出温度约为550～900℃，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γ´´相强化的合金有良好的焊接性。
Ni—Nb二元系中不出现γ´´亚稳定相，而直接形成稳定的δ-Ni3Nb相，只有加入适量的铁和铬才能形成γ´´相。
因此，用γ´´相强化的合金都是铁镍基合金。
δ-Ni3Nb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δ-Ni3Nb相，在某些合金中还有胞状δ-Ni3Nb相。
该相析出温度约为780～980℃。
硅、铌促进δ-Ni3Nb相形成，用钽代替铌可以阻止δ-Ni3Nb 相析出。
GH4169合金中加入铝、钛可以抑止γ’’→δ-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14～16，原子间距极短，只存在四面体间隙。
高温合金中常见的有如下几种。
σ相
属四方点阵，最大配位数为15。
σ相的成分范围比较宽，镍基高温合金中为(Cr，Mo)x(Ni，Co)y，式中z、y值在1～7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。
σ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750～870C。
镍
阻止σ相形成，铁、钴、铬、钨、钼、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σ相颗粒常引起沿晶断裂，降低冲击韧性。
Laves相
有MgCu2型、MgZn2型和MgNi2型3种晶体结构，高温合金中多属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650～1100℃，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。
钨、钼、铌、铝、钛、硅等元素都促进Layes相形成，而镍、碳、硼、锆有抑止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。
少量短棒状Laves相没有严重的有害作用。
μ相
化学式为B7A6，属三角晶系，B为周期表Ⅶ族元素，A为V族、Ⅵ族元素。
μ相的金相形态呈颗粒状、棒状、片状或针状。
μ相由于颗粒较大，没有强化作用，针状析出会降低室温塑性。
合金中钼、钨的总量超过10％时易形成μ相。
β相和Ni2AITi相
β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，β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、钛总量又超过4％时，就会析出β相。
如果提高钛与铝之比，β相就减少；当钛与铝之比接近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A6B16C7，c为硅原子，A为钛族和V族原子，B为钴、镍原子。
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β相)的重要方法，尚处于半理论半实验阶段。
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N V值。
式中N VI。
是j元素的电子空位浓度，xi为合金元素的原子百分数。
Nv值大于临界值，合金会析出σ相；小于临界值，合金组织稳定。
根据实践经验，镍基高温合金的临界值约为2.50，钴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恒定值，随成分而异，随着镍含量增加而下降。
中国对GH2132合金提出了一个简便易行的相分计算公式：
式中1、3、3.5、1.7和0.9分别为Ni、Ti、Al、Si和Cr的质量百分数。
当ΔN'V>0，无σ相析出;ΔN'V>0，有σ相析出。
这样根据合金成分可以判断合金的组织稳定性。
用相分计算来控制其他拓扑密排相(如Layes、μ相)的工作尚不成熟，需进一步研究。