文摘

倪在微观结构的影响,基本分区的行为, 相溶线温度,晶格之间的错配 和 阶段和Co-8Ti-11V-xNi合金的力学性能研究。结果表明,合金的晶格错配从0.74%减少到0.61%从0到10%,随着镍含量的增加,平均大小的立方形的 相位测量是312.10 nm, 112.86 nm, Co-8Ti-11V和141.84 nm, Co-8Ti-11V-5Ni和Co-8Ti-11V-10Ni分别。Ti、V和倪分区到表现出轻微的倾向 阶段,而公司展示了一个轻微的分区的倾向 阶段。的溶线温度 相位测量是1167°C, 1114°C, Co-8Ti-11V和1108°C, Co-8Ti-11V-5Ni, Co-8Ti-11V-10Ni合金,分别采用差示扫描量热法(DSC)。此外,屈服强度和极限强度的Co-8Ti-11V Co-8Ti-11V-5Ni, Co-8Ti-11V-10Ni合金进行调查,屈服强度和极限强度的10个镍合金是最高的,达到219 MPa, 240 MPa。在1000°C压缩后,混乱不能有效剪切 倪阶段0和10镍合金,导致较高的抗压强度的10 0倪和镍合金。然而, 5阶段的镍合金不再是可见的,和它的力量是最低的。

1。介绍

超合金,通常用于工业环境高温和高压,可分为三个类命名为镍基、钴基、铁基超合金(1,2]。在各种类型的超合金,镍基超合金强化的连贯有序L12结构阶段更广泛应用于现代工业比另两种类型(3- - - - - -5]。然而,carbide-strengthened Co-based超合金表现出更高的初期的熔化温度和更好的比镍基超合金的耐腐蚀性能。但相信GCP阶段缺乏传统carbide-strengthened Co-based超合金导致他们的劣质耐高温的优点6- - - - - -13]。

2006年,佐藤等人报道 / 加强Co-Al-W-based超合金,具有一些突出的属性(14]。的发现Co-Al-W-based高温合金高温应用程序显示一个有前途的候选人。然而,一些研究人员发现 阶段Co-Al-W三元合金是亚稳15]。它需要加入一些合金元素如镍、钛、B, Cr改善热稳定性(16- - - - - -18]。的 - - - - - -二氧化碳(Al W)三元Co-Al-W系统的溶线温度相对较低(19]。其他的研究试图增加的体积分数 阶段通过增加W元素的内容,导致合金的质量密度的增加(20.- - - - - -22]。从那时起,大多数研究都集中在取代一些W与各种耐火材料的元素,如助教和Nb (14,23),它可以稳定 阶段,增加 相溶线温度,提高高温强度。同时,镍元素添加到Co-Al-W三元系统中,已发现稳定 阶段(24]。后发现的 / Co-Al-Mo-Nb合金的两相结构Makineni et al。25- - - - - -28),一些研究已经关注W-free Co-based超合金 / 加强。L12-ordered阶段被发现在其他Co-based超合金,如Co-V Co-Ti和Co-Ta系统(29日- - - - - -32]。然而,在这些Co-based系统中,只有 阶段Co-Ti系统相当稳定(33]。在过去,一些三元系统已确定展示命令L12结构 阶段,如Co-Ti-Cr三元体系和Co-Ti-V三元体系(34,35]。Co-Ti-Cr合金硬化的质量密度 阶段是大约14%低于典型的Co-Al-W合金之间有一个小的晶格错配 和 和更高的 相体积分数(34]。最近,阮等人报道了铝和镍微观结构的影响,Co-Ti-V合金的相稳定性和高温机械性能(36]。

在这项研究中,三个倪Co-Ti-V合金具有不同内容准备,和倪在微观结构的影响,基本分区行为,晶格之间的不适应 和 的阶段,和机械性能Co-Ti-V-based超合金。

2。材料和方法

实验合金的重量80克准备高纯度有限公司(99.9 wt %), Ti (99.9 wt %), V (99.95 wt %)和俄罗斯(99.9 wt %)在真空电弧炉。铸锭翻了个身,再次熔化5次实现了同质性成分。然后,实验合金放入石英胶囊和充满氩气。名义组成的三个实验合金表中列出1。在这项研究中,有三个实验合金定义为0倪,5倪,分别和10倪。

表1
实验合金的名义组成(在。%)。

铸造材料在1100°C solutionized 48 h和年龄在870°C 72 h在氩气氛。获得最佳的力学性能和调查的形态 阶段,样本快速淬火热处理后水成冰。显微结构的形态学研究利用扫描电子显微镜(SEM)(蔡司梅林紧凑),这是在10 kV。样本机械抛光,然后electroetched硝酸溶液(5%)卷+醋酸(15%)卷+后蒸馏水(卷。85%)观察前几秒钟。Image-Pro + 6.0软件被用来计算的平均大小 阶段。的 / 两相晶格不适应进行了x射线衍射分析(xrd - 6000),使用 辐射40 kV和40 mA。测试粉末从批量加工材料。曲线拟合了使用数据分析和技术制图软件Pro 9.1起源。微观结构的细节和分区的行为获得每个元素使用透射电子显微镜(jem - 2100 f TEM)配有牛津- 80 t能谱仪(EDS)。薄箔标本对TEM分析是由双喷射电解抛光HClO的解决方案4(卷。5%)+ CH3CH2哦(卷。95%)和19岁的电压V和温度为-30°C,分别。

此外,高温压缩测试执行通过gleeble - 3800热模拟装置,配备的应变率 和加热速度10°C / s在1000°C。压缩样本的形状 通过电火花线切割杆。的溶线温度 阶段是检查虽然差示扫描量热法(DSC)和氩气氛升温速率的20°C /分钟。

3所示。结果和讨论

3.1。形态的 阶段

图1显示了扫描电子显微镜(SEM)对三元Co-8Ti-11V显微图,第四纪Co-8Ti-11V-5Ni,和第四纪Co-8Ti-11V-10Ni表明立方形的 - - - - - -L12 electroetched后沉淀。0的扫描电子显微镜照相术镍合金如图1(一)具有大尺寸和高体积分数的 阶段。图1 (b)的扫描电子显微镜照相术5镍合金、显示均匀的立方形的形状吗 阶段,和的大小 沉淀是分布在一个大的散射。很明显的粗化行为 倪相克制的添加5%,和5%的镍合金具有更小的尺寸和体积分数低 阶段。一个更统一的立方形的形状 相图所示1 (c)。的平均大小 相位测量是312.10 nm, 112.86 nm,倪0和141.84 nm, 5倪,和10镍合金,分别利用Image-Pro + 6.0软件。结果表明,添加镍内容能阻碍的粗化行为 阶段。默赫et al。37)测量的粗化行为Co-10Al-10W在800°C。Pandey et al。38和王et al。39)也报道说的粗化行为 通过添加Re阶段是有限的。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图1
扫描电镜显微照片(a) 0镍合金、镍合金(b) 5,和(c) 10镍合金、解决方案治疗后48 h在1100°c紧随其后的是时效处理72 h 870°c。样本electroetched。
3.2。之间的晶格错配 和 阶段

之间的晶格错配 和 阶段通过x射线衍射分析计算了不同组件的合金。测量的数据的范围 从49°到52.5°,扫描速度为0.125°/分钟XRD测试的选择。图2显示了x射线衍射(200)0 ni的山峰,5镍和镍合金。的晶格常数 和 和之间的晶格错配 和 在合金0倪,5倪,10倪测量,如表所示2。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图2
x射线衍射(200)峰从(a)获得0镍合金,(b) 5镍合金,镍合金老化治疗(c) 72 h在870°c的解决方案治疗后48 h在1100°c。
表2
晶格常数和晶格之间的错配 和 阶段不同镍含量的合金。

从图可以看出2与0镍合金相比,的衍射峰 5阶段的镍合金略右移,表明的晶格常数 阶段5镍合金下降,降低了晶格常数之间的差距 和 第五阶段的镍合金。与其他两个合金相比,衍射峰的 阶段的10镍合金进一步正确,从而进一步减少的晶格常数 阶段的10镍合金,晶格常数之间的差距 和 也降低了。

0镍合金的晶格常数 期是0.3611 nm的晶格常数 期是0.3584海里,所以晶格错配是0.74%。镍含量增加到5%时,晶格常数 和 5镍合金中0.3607和0.3583 nm,分别。所以之间的晶格错配 和 阶段是0.68%。0镍合金相比,5镍合金的晶格错配减少。之间的晶格常数 和 阶段10镍合金的0.3593和0.3571 nm,分别和之间的晶格错配 和 阶段是0.61%。5比0倪和镍合金、10镍合金的晶格错配减少。结果表明,晶格之间的错配 和 阶段随镍含量增加。

Co-Ti-1Re的晶格参数不合群,Co-Ti-3Re Co-Ti-5Re合金800°C 24岁时h分别为72%,0.58%,和0.50%,分别为(40]。之间的晶格错配 和 阶段的公司- 9.2 - al - 9 - w -基于超合金(0.53%14),而本研究措施Co-8Ti-11V合金的晶格错配是0.77%。有一个大的晶格之间的错配 阶段和 - - - - - -有限公司3Ti合金强化的阶段 - - - - - -有限公司3德州仪器(41,42]。品川等人报道,随着镍含量从10%增加到60%,晶格之间的错配 和 阶段减少(43]。此外,Ti的原子半径大于Al和W的元素,所以的晶格常数 阶段增加,导致晶格错配的增加。

3.3。微观结构和分区的行为

图3显示亮场的TEM图像0倪,5镍和镍合金。双重的大小 沉淀是观察到的数据3(一)-3分别(d)。更大的 沉淀体积或三角形的形状,很好 沉淀是球形的粒子分布的 矩阵通道。他们的形式分布于整个 矩阵均匀。一个选区衍射模式(SADP)如图3(e)、(110)的超晶格衍射斑平面表示有序L12结构和球形粒子的沉淀被确定为L12摘要 阶段(有限公司3Ti、PDF。23 - 0938)。平均大小的球形 沉淀被测量是18.09 nm, 16.95 nm,倪0和17.89 nm, 5倪,和10倪,分别利用Image-Pro + 6.0软件。然而,与其他两个合金相比,5镍合金具有低体积分数的 阶段。


图3
亮场的TEM图像(a, b) 0镍合金,(c) 5镍合金,镍合金(d) 10 (e) SADP体积 5镍合金时效处理对72 h 870°C方案治疗后48 h在1100°C。

图4显示了不同镍合金的x射线衍射模式的内容。每个合金的XRD模式有三个明显的峰值,晶面指数被确定为(1 1 1),(2 0 0),分别和(2 2 0)的飞机。没有其他阶段的XRD模式除了典型的两相微观结构 阶段, 矩阵的阶段。


图4
的x射线衍射模式0倪,5镍和镍合金。

合金的元素的分区行为与不同的组件被EDS配备TEM分析。表3显示了分区情况之间的元素 和 在合金。分区系数 被定义为 ,在哪里 和 X的元素的浓度吗 阶段和 阶段,分别。元素X倾向于分区的 阶段时 ,而元素X会分区成 阶段时 (36]。

表3
平衡成分的合金具有不同镍含量。

它可以计算出有限元素的分区系数小于1,所以倾向于有限元素分区中 到多阶段 阶段。Ti的分区系数、V和镍元素是大于1,倾向于分区的 阶段,Ti, V,镍元素丰富的 阶段。分区系数之间的每个元素 和 阶段在图所示5。从图,分区系数的有限公司,V,镍元素是相对稳定的。镍含量增加到5%时,钛元素的分区系数降至最低。然而,当镍含量增加到10%,钛元素的分区系数增加。结果表明,钛元素分区中 阶段是克制5镍合金和钛元素分区中 阶段被提拔为10镍合金。合金元素如钛、铬、Nb,密苏里州,助教,W和倪通常选择在镍基合金添加,Co-based超合金,因为他们通常添加到合金等各种属性 相位稳定性和抗氧化性能44- - - - - -46]。


图5
分区系数之间的每个元素 和 阶段。

TEM图像和元素的映射 0的立方形的沉淀镍合金如图6。见图6、钛和V元素往往集中在 阶段和丰富 阶段,而公司倾向于分区 矩阵和略浓缩阶段 阶段。Omori等人报道,Ti、Nb、钼,助教,和W倾向于分区的 阶段,而倾向于分区的铬元素 阶段,这是类似于Co-Al-W-based超合金(46]。铝元素分布在这两方面都几乎一致 和 阶段;然而,往往分区到V元素 阶段,这是类似于Co-Al-W-X超合金(46]。


图6
茎形象和元素的映射 立方形的0镍合金的沉淀。
3.4。的溶线温度 阶段

图7显示0 ni的DSC热曲线5倪,分别和10镍合金。的 意味着溶线的温度 阶段。的 0倪、5镍和镍合金被确定是1167°C, 1114°C,分别和1108°C。结果表明, 合金的减少随着镍含量的增加。的溶线温度 阶段有限公司- 9.2 - al - 9 - w三进制是1263 K (14),溶线的温度 阶段Co-9Al-9W合金1000°C (5]。的 倪合金0、5倪和10倪更高的公司- 9.2 - al - 9 - w到177°C, 124°C,分别和118°C。的 倪合金0、5倪和倪的Co-9Al-9W高于167°C, 114°C,分别和108°C。的溶线温度 阶段Co-5Ti-15V合金1091°C (36];的溶线温度 阶段的Co-5Ti-15V Co-8Ti-11V合金更高的76°C。和阿尔•增加 21°C,但倪发现减少 由9°C (33]。的 镍基高温合金的- 939是1100°C (47),而 高于Co-8Ti-11V合金的镍基高温合金在67°C - 939。


图7
0的DSC热曲线倪,5镍和镍合金。
3.5。机械性能

图8显示0 ni的高温压缩曲线和直方图,5镍,镍合金在高温压缩试验1000°C。我们可以看到在图8,屈服强度和极限强度的10个镍合金的最大,分别为219 MPa和240 MPa,。的屈服强度和极限强度0镍合金176 MPa和235 MPa,分别是类似的Co-5Ti-15V合金(36]。与其他两个合金相比,5镍合金的屈服强度、极限强度是最小的,只有105 MPa和131 MPa,分别。一般来说,与晶格错配有密切关系,体积的大小 阶段,分区合金中的元素的行为,和合金的高温力学性能48,49]。添加 相位稳定元素合金会增加的体积分数 阶段(36),可以提高合金的高温力学性能。在这项研究中,镍元素展品分区到轻微的倾向 阶段,是丰富的 阶段,所以10镍合金的力学性能优于其他两种合金。

(一)
(一)
(b)
(b)
图8
高温压缩曲线和直方图的0倪,5镍,镍合金的高温压缩试验1000°C。
3.6。压缩变形

有一个关键的错位变形合金的力学性能之间的关系。图9显示了亮场TEM和SEM图像不同镍含量的合金在高温压缩试验。有相当数量的混乱 阶段的0镍合金。的 剪切的混乱阶段,如图9(一个)。图9 (b)显示的形态 相在合金已经改变,这表明,大体积 一再削减混乱。因此,似乎有许多微粒表面的大 。这些形态是位错切割大的结果 。因此, 在合金阶段有一定的强化作用。在图9 (c)的位错滑移 阶段5镍合金的形态 阶段不能被视为是在温度和压力的影响,如图9 (d)。在这种方式中, 阶段不能发挥显著的强化作用。因此,5镍合金的高温压缩性能很差。图9 (e)显示,不仅大量的混乱中存在 阶段的10镍合金还有些堆积层错出现在 阶段矩阵通道。但的形状 相位改变,相比规模相当小,在0镍合金。派系的量 阶段下降明显,而合金压缩试验前,如图9 (f)。Co-30Ni合金,镍含量高,容易剪切错位 沉淀(50]。周围的大量位错缠结 沉淀,指示 有效地阻碍位错运动。保留的表面 是平滑,表明 粒子很难减少位错。虽然 阶段的合金变得小得多,体积分数下降, 阶段10镍合金还可以扮演一个关键的加强作用。的强化效果 在10镍合金比0镍合金——Ti更多的镍合金引起的浓度越高,见图5。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f)
(f)
图9
亮场TEM和SEM图像(a, b) 0的镍合金、镍合金(c, d) 5,和(e, f) 10后镍合金高温压缩试验在1000°c。

4所示。结论

总之,倪对微观结构的影响,基本分区行为,相变温度,晶格之间的错配 和 阶段和机械性能的0倪,10 5倪,镍合金。之间的晶格错配 和 阶段的合金从0.74%减少到0.61%,镍的内容从0增加到10%。有一个dual-size 沉淀相的合金。较大的沉淀是立方形的形状,和的平均大小 相位测量是312.10 nm, 112.86 nm,倪0和141.84 nm, 5倪,分别和10倪。较小的 沉淀是球形粒子平均尺寸为18.09 nm, 16.95 nm,倪0和17.89 nm, 5倪,分别和10倪。Ti、V和倪分区到表现出轻微的倾向 阶段,而公司展示了一个轻微的分区的倾向 阶段。的溶线温度 相位测量是1167°C, 1114°C,倪0和1108°C, 5倪,和10镍合金,分别采用差示扫描量热法(DSC)和溶线的温度 阶段减少随着镍含量的增加。0 ni的屈服强度,5倪,和10镍合金约为176 MPa, 105 MPa,分别和219 MPa。和极限强度0倪,5倪,和10镍合金约为235 MPa, 131 MPa,分别和240 MPa。屈服强度和极限强度的10个镍合金是最高的。的 阶段可以发挥一定的加强作用10 0镍和镍合金;因此,倪的高温抗压强度0和10镍合金是相对较高的。然而, 5阶段的镍合金不再是可见的;因此,它不能发挥良好的加强作用;因此,它的强度是最低的。

数据可用性

PDF数据用于支持这项研究的结果已经存入PDF 2002卡没有。23 - 0938。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是财务支持的项目(51471079)从中国的国家自然科学基金和项目从江苏省自然科学基金(BK20130464)。东海之滨周也愿意承认金融支持海外研究江苏政府奖学金。这项工作也由粉末冶金国家重点实验室,中南大学,长沙,中国;陕西的关键研究和发展项目(项目号。2019 gy - 151、2019 gy - 178,和2020 gy - 251);中国国家自然科学基金(51901193);维扬区和科技计划项目在西安城市(201905)。