镍基耐热合金的合金化原理

镍基合金的合金化原理 镍基耐热合金的合金化原理 镍基耐热合金是最重要的一种高温合金随着喷气技术和新型动力机械的发展，在飞机、火 箭、造船、煤炭地下气化和热能利用等方面，均得到广泛的应用镍基耐热合金是在高温、高压、高速和强烈的腐蚀环境下工作的，既要求高的强度和抗蠕变 性能，还要求优秀的抗氧化和燃气（热）腐蚀的能力，是合金化Mn、Si、P、S、0、N等杂 质，需要加以严格控制Ni基合金是以面心立方晶格的Ni基固溶为基体，通常称之为奥氏体，用Y来代表合计的 主要强化途径是固溶强化、沉淀硬化和晶界强化按合金元素的分布和作用特点，可以分成 三大类第一类是在奥氏体中能优先大量溶解的元素如Co、Fe、Cr、Mo、W、V等，可称 之为奥氏体形成元素，第二类是形成沉淀硬化相Y,或主要进入Y相的元素，如A1、Ti、Nb 和Ta等可称之为形成元素，第三类是优先偏聚于晶界的元素，如Mg、B、Zr、C和RE等， 可称之为晶界强化元素当然，按元素间交互作用的特点，还可以分碳化物形成元素和氧化 物形成元素两大类镍基耐热合金中起固溶强化作用的元素是前述的奥氏体形成元素和A1、Ti,但固溶强化作用 最强的元素是W、Mo、Cr、A1在Y相中溶解度较小，但固溶强化作用却很强，Fe、Co、V、 Ti的固溶强化作用较弱。

W和Mo等能提高奥氏体的原子间结合强度，降低层错能，阻碍位 错的横滑移，不仅它们本身的扩散系数低，在900°C还能降低Cr和Ti的扩散系数，故能强 烈提高高温强度和抗蠕变性能镍基耐热合金的主要强化相是面心立方晶格的A3B型化合物Y相，主要合金元素是Ti和A1, 化学式是Ni3,有Co存在时可用3表示晶界强化元素中碳的作用是不可忽视的，镍基耐 热合金通常均含有0.05-0.2%C,能与活性元素和碳化物形成元素形成一次碳化物MCMC在 热处理或工作温度中能发生下述反应MC+Y—M23C6+Y,通过这种反应生成的M23C6和M6C 型低碳化合物仍分布于晶粒间界，能阻碍晶界滑移和提高断裂强度镍基合金的抗氧化和抗热腐蚀性能主要靠氧化物形成元素Cr和A1来提高,Ti也有一定的作 用Cr形成的富Cr203保护膜，合金元素的阳离子空位少，能限制金属原子向外扩散和O、 N、S、及其他腐蚀性气体向合金内部的扩散速度所以合金的Cr含量＞20%，才有高的抗氧 化性能A1能形成富A1203保护膜，抗氧化性能特别高，因此，A1是高温合金沉淀硬化和 抗氧化不可缺少的重要元素杂质Mn应＜0.07-0.5%，SiS0.60-0.8%,P、S、N和O等更应严 加限制。