高温合金金相检验

高温合金金相检验

王元瑞（上海材料研究所检测中心，200437）

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150g

b）盐酸1000ml、水1000ml、硫酸100ml、重铬酸钾50g

c）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150g

3.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。也可在机械抛光后，再进行电解抛光。

2.1板材电解抛光液：⑴ 40ml高氯酸+450ml乙酸+15mlH2O

⑵ 380mlH3PO4+200mlH2O+180mlH2SO4

这类合金由于耐腐蚀性能较好，同时在腐蚀过程中表面易生成致密的钝化膜，经组织显示带来

一定困难，一般采用电解侵蚀，也可选用较强的还原性的侵蚀剂进行侵蚀。

2.2常用的电解侵蚀和化学侵蚀剂如下：

化学侵蚀：⑴ 30mlHCl+10mlHNO3+CuCl2（过饱和）

⑵ 50mlHCl+50mlH2O+5gCuSO4

⑶ 100mlHCl+5mlH2SO4+5gCuSO4

⑷ 100mlHCl+5mlH2SO4+20gCuSO4+80mlH2O

电解侵蚀：⑴ 90ml甘油+50mlHCl+10mlHNO3

⑵ 12mlH3PO4+47mlH2SO4+41mlHNO3

⑶ 10ml高氯酸+30ml冰醋酸+60mlH2O

⑷ 10﹪草酸水溶液

2.3低合金含量的铸造合金，常采用盐酸：水：过氧化氢=2：2：1；

2.4高合金化的变形高温合金晶粒度，采用盐酸-硝酸-甘油

2.5低合金化的变形高温合金晶粒度，采用三氯化铁-盐酸-水溶液，盐酸-硫酸-硝酸溶液，10%草酸溶液。

三、高温合金分类

高温合金通常按其用途、工艺和成分分类。

按用途分：导向叶片、涡轮叶片、涡轮盘、燃烧室及其它高温部件的合金；

按其工艺：变形合金、铸造合金；

按其成分：铁基、镍基、钴基。

1.铁基合金成分特点是以铁为主，含有大量镍、铬和其它元素，又称Fe-Ni-Cr基合金。以变形合金为主，也有铸造合金（一般含B较高）。

根据合金不同的强化类型又可细分为四种：

弱时效硬化型合金：其成分特点是含适量的C和N、有弱时效硬化能力，但主要靠W、Mo、Nb难熔元素强化固溶体，通常采用热机械加工工艺强化。其成分一般为：13~20%Cr，10~25%Ni，3~7%W+Mo+Nb，0.2~0.3%C+N。加工性能良好，做一些次要紧固件等。

固溶强化型合金：其成分特点是含Cr较高，在20%以上，以获得良好的抗氧化性。含Ni约25~40%，

使奥氏体稳定，还含有W、Mo、Nb和少量Al、Ti、N等元素，起固溶强化作用。其成分一般为：19~23%Cr，24~40%Ni，2~11%W+Mo+Nb，0.06~0.12%C，微量B、Ce、Zr，某些合金还有0.13~0.30%N。加工性能良好，加工成板材做燃料室材料，使用温度达800~900℃。

碳化物时效硬化型合金：其成分特点是含C较高，并含有W、Mo、Nb等强碳化物形成元素。其成分一般为：13~20%Cr，8~25%Ni，6~10%Mn，3~6%W+Mo+Nb+V，0.3~0.4%C+N+P，微量B、Zr等。可做涡轮盘及紧固件等部件，使用温度为600~650℃。

金属间化合物时效硬化型合金：其成分特点是都含有Al、Ti、Nb等元素，以形成金属间化合物起时效硬化作用。其成分一般为：10~16%Cr，25~45%Ni，1.8~3.5%Ti，0.2~2.8%Al，3~3%Nb，1~3%W，1~5%Mo，≤0.08%C，微量B、Ce、Zr等。主要做涡轮盘，也可以做涡轮叶片及其它高温部件，使用温度为650~800℃。

2.镍基合金以Ni为基，一般含10~20%Cr形成铬镍奥氏体基体，又称Ni-Cr基合金，部分还含有

10~20%Co形成铬钴镍奥氏体基体，又称Ni-Cr-Co基合金。

根据合金不同的强化类型可细分为：

固溶强化型合金：含有大量的W、Mo和少量Al、Ti、Nb以强化固溶体，W和Mo之和达13~20%，微量B、Ce、Zr强化晶界。可做燃烧室部件及其它板材部件，使用温度可达900~1000℃。

以金属间化合物γ′相强化的时效硬化型合金：都含大量Al、Ti、Nb和Ta，其和达2.7~16%，以形成Ni3Al 型γ′相，产生强烈的时效硬化作用。总量高达3~18%的W和Mo，微量B、Ce、Zr起强化晶界作用。主要做涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘和及其它高温部件。

镍基铸造合金都以γ′相强化的时效硬化型合金，合金化程度比变形合金高，高温强度也比变形合金高。以γ′相强化的时效硬化型镍基合金的使用温度一般为750~1000℃左右。

3.钴基合金基体以Co为主的Co-Ni-Cr奥氏体，含有大量W起固溶强化作用，而Ti、Zr、Nb、Ta、W、Mo和Cr也能形成碳化物以强化合金。成分一般为20~25%Cr，0~20% Ni，10~15%W，0~9% Ta、0.1~1.0%C、0~2% Zr、0~1%Ti，微量B、Y、La等。具有良好的抗腐蚀性能和抗冷热疲劳性能，具有较平直的持久-断裂时间-温度参数性能。

四、合金元素的基本作用

1.形成面心立方奥氏体基体的元素——Ni、Fe、Co、Mn。

2.提高抗氧化和耐腐蚀性的元素——Cr、Al（抗氧化）、Ti（抗热腐蚀）。

3.固溶强化元素——W、Mo、Cr、N、Al。

4.碳化物强化元素——C、Cr、W、Mo、V、Nb、Ta、Hf、N。

5.金属间化合物强化元素——Al、Ti、Nb、Ta、Hf。W能大量进入γ′相增强γ′相强化作用。

6.晶界强化元素——B、稀土、碱土、Zr以及Hf、Nb。