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Ni基高温合金中Nb的固溶强化

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镍基高温合金的强化原理

镍基高温合金的强化原理

镍基高温合金的强化原理引言：镍基高温合金是一种具有优异高温力学性能的材料，被广泛应用于航空航天、能源和化工等领域。

其高温强化原理是该合金具有复杂的微观组织结构，其中包含了多种强化相，这些强化相通过不同的机制增强了合金的力学性能。

一、固溶强化镍基高温合金中的镍基固溶体是合金的主要组成部分，通过固溶强化可以提高合金的强度和硬度。

固溶强化是指通过将合金中的合金元素溶解到固溶体中，形成固溶体溶解度的限制，从而增强合金的力学性能。

固溶强化的效果受溶质元素浓度、溶解度和固溶体晶格结构等因素的影响。

二、析出强化镍基高温合金中的强化相主要是通过析出来增强合金的力学性能。

在合金的固溶体中，一些合金元素具有较低的溶解度，当合金冷却时，这些元素会从固溶体中析出形成强化相。

这些强化相的形态和尺寸对合金的强度和硬度起着重要的影响。

常见的强化相有γ'相、γ''相和硬质相等。

1. γ'相γ'相是一种具有面心立方结构的强化相，其组成为Ni3(Al, Ti)。

γ'相的形成可以通过固溶强化和析出强化两种机制。

固溶强化是指通过固溶体中的Al和Ti元素形成γ'相的过程，而析出强化是指通过在固溶体中析出Al和Ti元素形成γ'相的过程。

γ'相具有优异的力学性能，包括高强度、高硬度和良好的抗高温蠕变性能。

2. γ''相γ''相是一种具有体心立方结构的强化相，其组成为Ni3Nb。

γ''相的形成是通过在固溶体中析出Nb元素形成的。

γ''相具有良好的抗高温蠕变性能和高强度，但硬度相对较低。

3. 硬质相硬质相是指在镍基高温合金中析出的一些质量分数较低的元素形成的相，如硼化物、碳化物等。

硬质相具有高硬度和抗热腐蚀性能，可以有效提高合金的抗蠕变性能和抗热疲劳性能。

三、位错强化位错强化是指在晶格缺陷处形成的位错对合金的强化作用。

镍基高温合金生产工艺及其在核反应堆中的应用分析

镍基高温合金生产工艺及其在核反应堆中的应用分析

镍基高温合金生产工艺及其在核反应堆中的应用分析镍基高温合金是一类具有优异高温性能的合金材料，广泛应用于航空、航天、能源等领域。

本文将介绍镍基高温合金的生产工艺及其在核反应堆中的应用分析。

一、镍基高温合金的生产工艺镍基高温合金的生产工艺主要包括原料选取、合金设计、熔炼铸造、热加工和热处理等环节。

1. 原料选取：镍基高温合金的主要成分是镍、铬、钼、钽等合金元素，其中镍是基体元素，其他元素用于合金强化和抗腐蚀。

原料选取需要保证材料的纯度和均匀性，以提高合金的性能。

2. 合金设计：根据合金的使用要求，通过调整合金元素的配比和含量，设计出具有优异高温性能的合金配方。

合金设计需要兼顾强度、塑性、耐腐蚀等综合性能。

3. 熔炼铸造：将选取的原料按照一定比例放入高温电炉中进行熔炼。

在熔炼过程中，需控制合金中各元素的含量，以及铸态组织的形成，避免夹杂物的产生。

4. 热加工：熔炼得到的合金块需要经过热加工，如热压、热挤压、热轧等，以改变合金的形状和尺寸。

热加工可以提高材料的塑性和强度，同时也能改善材料的晶粒结构和机械性能。

5. 热处理：通过热处理可以调控合金的晶粒尺寸和组织结构，提高合金的抗氧化、抗蠕变和抗疲劳性能。

热处理包括固溶处理、时效处理等环节，需根据合金的具体成分和要求进行选择。

二、镍基高温合金在核反应堆中的应用分析镍基高温合金由于其优异的高温性能，被广泛应用于核反应堆中的核燃料元件、包壳、涡轮、管道等关键部件。

1. 核燃料元件：在核反应堆中，核燃料元件是承载核燃料的重要部件。

镍基高温合金具有良好的抗辐照性能、高温强度和耐腐蚀性能，可用于制造核燃料元件的包壳和结构支撑杆。

2. 反应堆包壳：核反应堆的反应堆包壳需要承受高温和高压的环境。

镍基高温合金具有优异的耐热性和耐腐蚀性，能够在高温和强酸环境中保持稳定的性能，因此可用于制造核反应堆的包壳。

3. 涡轮：核反应堆中的涡轮是转动设备，要求具有较高的强度和耐热性。

镍基高温合金具有出色的高温强度和耐蠕变性能，适合用于制造核反应堆的涡轮叶片。

Nb在变形高温合金中的作用

Nb在变形高温合金中的作用
关于 γ′相强化，郭和马在这方面作了不少工作(1)。他们发现 Nb 在 γ′相和基体中的分配比例大 约为 1 ：2(图 1)。随着 Nb 含量从 0%增加到 2.46%，虽然 γ′相和 γ 相的晶格错配度从无 Nb 时的 0.76 增加到含 1.24%Nb 时的 0.81 后又降到含 2.46％Nb 时的 0.77，但 γ′相的数量增加了 30%，即从 12.56 % 增加到 16.21％。Nb 通过促进 γ′相的形成及降低 Al 和 Ti 在基体中的溶解度而使得 γ′相的数量增加。 郭和马在他们的研究中发现，由 Nb 引起的晶格错配对共格应变和屈服强度的增加贡献不大。利用随 Nb 含量增加而增加的 γ′相的长程有序数值，他们算出含 2.46％Nb 时 γ′相的反相畴界能比无 Nb 时 的反相畴界能提高了 60%(表 3)。因此，他们将 Nb 含量增加导致的屈服强度的增加值的一半左右归因 于反相畴界能的提高。
2
郭和马研究了 Nb 在由 C 和 γ′稍稍强化的 Cr20-Ni80 基体中的行为（1）。这些研究者首先用真空 感应炉熔炼了含 Nb 量从 0%～2.4%共计 8 个等级的这种基体合金；其次将合金制成棒材，并将棒材进 行了 1080℃×8h，空冷＋750℃×16h，空冷热处理；最后，他们将合金中的相进行了分离，并通过对 这些相的分析知道了各相在合金中的含量及每个相的晶格常数、相的尺寸、γ′相的体积分数、错配度 及长程有序参数 S。此外，他们还测试了合金的室温拉伸性能，确定了由于 Nb 含量的递增而产生的屈 服强度的增量并评估了 Nb 对合金强化的贡献。表 3 总结了他们的研究结果。
M23C6 型碳化物的转变速率。据 Beattie 推测，MC 型碳化物的稳定性按 TaC＞NbC＞TiC＞VC 的次序依 次降低(3)。Sims 认为 Nb 和 Ta 在稳定 MC 型碳化物方面能力相当(4)。Mo 被认为是降低 NbC 稳定性的

镍基高温合金维氏硬度

镍基高温合金维氏硬度

镍基高温合金维氏硬度
镍基高温合金是一类具有优异高温强度、耐腐蚀性能和抗氧化
性能的合金材料。

它们通常用于高温和高压环境下的航空航天、能
源和化工等领域。

维氏硬度是一种常用的硬度测试方法，用于衡量
材料的硬度。

对于镍基高温合金来说，其维氏硬度取决于合金的具
体成分、热处理工艺和微观组织结构等因素。

镍基高温合金通常具有很高的维氏硬度，一般在200至400Hv
之间。

这种硬度使得它们能够在高温、高压和腐蚀性环境下保持较
好的机械性能。

其中，高温时的维氏硬度通常会比室温下略有下降，但仍然保持在较高的水平。

镍基高温合金的高维氏硬度主要归因于其固溶强化、析出强化
和固溶-析出强化等多种强化机制。

合金中的添加元素能够形成固溶
体或者析出相，从而有效提高合金的硬度和强度。

此外，合金的均
匀显微组织和细小的析出相也对硬度起到重要作用。

总的来说，镍基高温合金通常具有较高的维氏硬度，这使得它
们在高温、高压和腐蚀性环境下能够表现出色的机械性能，满足各
种复杂工况下的应用需求。

镍基高温合金 硬度

镍基高温合金 硬度

镍基高温合金硬度镍基高温合金是一类重要的高温结构材料，具有优异的高温强度和耐热腐蚀性能。

而硬度是衡量材料抵抗外力侵蚀和变形能力的重要指标之一。

本文将从镍基高温合金的硬度方面进行探讨。

镍基高温合金的硬度受多种因素的影响。

一方面，合金中添加的合金元素对硬度起着重要的作用。

比如，添加钼、铬等元素可以提高合金的硬度。

此外，合金中的相组织结构也对硬度有影响，比如固溶强化相和沉淀强化相的存在可以增加合金的硬度。

另一方面，合金的热处理工艺也会对硬度产生影响，比如时效处理可以提高合金的硬度。

镍基高温合金的硬度与温度密切相关。

在高温环境下，合金的硬度会发生变化。

一般来说，在高温下合金的硬度会降低，这是由于高温使得合金中的固溶强化相和沉淀强化相发生溶解，从而降低了合金的硬度。

然而，对于某些镍基高温合金来说，在高温下硬度可能会增加，这是由于高温下合金形成了新的相组织结构或者发生了相变，从而提高了合金的硬度。

镍基高温合金的硬度还与应力状态有关。

在材料力学中，硬度一般是指材料在受压缩或者受加载作用下的抵抗变形能力，也可以理解为材料的抵抗划痕能力。

因此，不同应力状态下，合金的硬度可能会有所不同。

比如，在受拉伸应力作用下，合金的硬度通常会降低；而在受压缩应力作用下，合金的硬度通常会增加。

为了提高镍基高温合金的硬度，可以采取一些措施。

一方面，可以通过选择合适的合金元素和调整合金的配比来提高合金的硬度。

比如，添加适量的钼、铬等元素可以增加合金的硬度。

另一方面，可以通过热处理工艺来改善合金的硬度。

比如，通过固溶和时效处理可以形成细小的固溶强化相和沉淀强化相，从而提高合金的硬度。

镍基高温合金的硬度是一个重要的性能指标，受多种因素的影响。

了解和掌握这些影响因素，对于设计和制备高性能的镍基高温合金具有重要的意义。

通过合理选择合金元素、优化合金配比以及合适的热处理工艺，可以提高镍基高温合金的硬度，进而满足高温环境下的工程需求。

ni基高温合金mc相的形成与固态溶解

ni基高温合金mc相的形成与固态溶解

ni基高温合金mc相的形成与固态溶解Ni基高温合金是一种重要的高温结构材料，具有优异的高温强度、抗氧化性和耐腐蚀性能。

其中，MC相是一种重要的强化相，对于提高合金的高温强度和耐腐蚀性能具有重要作用。

本文将介绍MC相的形成机制和固态溶解行为。

MC相的形成机制MC相是指由金属M（通常为Ti、Nb、Ta等）和碳元素组成的化合物，具有高硬度和高熔点的特点。

在Ni基高温合金中，MC相主要由TiC、NbC和TaC三种化合物组成。

MC相的形成机制主要有两种：一种是在固态下形成，另一种是在液态下形成。

在固态下形成MC相的机制是，当合金中的金属M和碳元素达到一定的浓度时，它们会在晶界处形成MC相。

这是因为晶界处的原子排列比较松散，容易形成化合物。

此外，MC相也可以在晶内形成，这是因为金属M和碳元素在晶内扩散时，会在一定的条件下形成化合物。

在液态下形成MC相的机制是，当合金在高温下熔化时，金属M和碳元素会在液态中形成MC相。

这是因为在液态下，原子的扩散速度比固态下快，金属M和碳元素更容易结合形成化合物。

固态溶解行为固态溶解是指MC相在高温下被溶解在Ni基高温合金的基体中。

固态溶解行为对于合金的高温强度和耐腐蚀性能具有重要作用。

固态溶解的机制主要有两种：一种是扩散控制，另一种是界面反应控制。

扩散控制是指MC相在高温下被基体溶解的过程中，金属M和碳元素通过扩散到基体中形成固溶体。

这种机制适用于MC相颗粒尺寸较小的情况。

界面反应控制是指MC相在高温下被基体溶解的过程中，MC相与基体之间发生化学反应，形成固溶体。

这种机制适用于MC相颗粒尺寸较大的情况。

总之，MC相是Ni基高温合金中的重要强化相，对于提高合金的高温强度和耐腐蚀性能具有重要作用。

MC相的形成机制主要有固态下形成和液态下形成两种，固态溶解行为主要有扩散控制和界面反应控制两种。

深入研究MC相的形成和固态溶解行为，对于开发新型Ni基高温合金具有重要意义。

镍基高温合金强化方法

镍基高温合金强化方法
镍基高温合金是一种广泛应用于航空、航天、能源等领域的材料，其优异的高温性能使其成为高温结构材料的首选。

但是，镍基高温合金在高温下容易发生塑性变形和热蠕变，影响其使用寿命和性能。

因此，为了提高镍基高温合金的高温强度和耐热性能，需要采用一系列强化方法。

常见的镍基高温合金强化方法包括以下几种：
1. 固溶强化：通过在合金中加入合适的合金元素，形成固溶体，使其晶格发生变化，强化合金的高温性能。

2. 沉淀强化：通过在合金中加入沉淀元素，使其形成弥散的沉淀相，从而增加合金的位错密度和强度。

3. 粒子强化：通过在合金中加入微小的强化相颗粒，可以阻碍位错滑移和晶界滑移，提高合金的高温强度和耐热性能。

4. 细化晶粒：通过控制合金的加工热处理过程，可以使其晶粒细化，减少晶界位错，提高合金的高温强度和耐热性能。

5. 淬火强化：将合金加热至高温，然后迅速冷却，使其形成强化的马氏体结构，提高合金的高温强度和耐热性能。

以上几种强化方法可以单独使用，也可以组合使用，以达到最佳的强化效果。

在实际应用中，需要根据具体情况选择不同的强化方法，并结合加工工艺和使用条件进行优化设计，以保证镍基高温合金的高温强度和耐热性能。

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超超临界电站用镍铁基高温合金TCP相和碳化物相析出的热力学计算

超超临界电站用镍铁基高温合金TCP相和碳化物相析出的热力学计算赵新宝;党莹樱;尹宏飞;鲁金涛;袁勇;崔传勇;谷月峰【摘要】利用材料相图与性能模拟计算软件JMatPro,研究了难熔元素W,Mo,Nb 和Fe含量的变化对一种新型镍铁基高温合金拓扑密排相(TCP)和碳化物相析出及高温性能的影响.结果表明:新型镍铁基高温合金晶内强化相为γ'相,晶界为M23C6碳化物;在合金中添加Mo,W,Nb均可提高合金的持久强度和屈服强度;增加合金中Mo,Nb,Fe的含量会提高Laves相和d相的析出温度;为避免在长期服役过程中合金析出较多的TCP相,在合金中添加不超过0.6％(质量分数,下同)的Nb或不超过1％的Mo和W,以使TCP相的析出温度尽可能低于使役温度.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2015(043)005【总页数】6页(P38-43)【关键词】超超临界;镍铁基高温合金;热力学计算;析出相【作者】赵新宝;党莹樱;尹宏飞;鲁金涛;袁勇;崔传勇;谷月峰【作者单位】西安热工研究院有限公司,西安710032;西安热工研究院有限公司,西安710032;西安热工研究院有限公司,西安710032;西安热工研究院有限公司,西安710032;西安热工研究院有限公司,西安710032;中国科学院金属研究所,沈阳110016;西安热工研究院有限公司,西安710032【正文语种】中文【中图分类】TG146.1镍铁基高温合金由于具有优良的高温强度、抗氧化/腐蚀能力以及良好的加工性和经济性，是制备700℃超超临界电站关键高温部件的候选合金[1,2]。

这类镍铁基合金通常利用γ′(Ni3(Al,Ti))相的沉淀强化和难熔元素W，Mo，Nb，Co，Cr等的固溶强化获得较高的晶内强度；利用晶界析出碳化物强化晶界；利用Cr和Al形成氧化膜获得较好的抗蒸汽氧化和抗烟气腐蚀能力；添加一定的Fe提高加工性和降低成本[3,4]。

由于高温合金添加了大量难熔元素进行固溶强化，高合金化在提高合金强度的同时，会促进拓扑密排相(TCP相)等脆性有害相的析出，导致合金的综合性能下降[5]。

n06625镍基合金性能n06625抗拉强度

A1a3a1a6a6a3a6a8a1a9a9aUNS N 06625合金是以Mo、Nb为主要强化元素的Ni-Cr固溶强化型镍基变形高温合金，在650℃以下具有良好的持久性能、抗腐蚀、抗氧化和抗疲劳性能，从低温到1095℃都具有良好强度和韧性。

广泛应用于化工厂的热交换器、反应容器、蒸馏塔等设备、海水专用设备、燃气涡轮发动机、航天发动机、核动力设备、污染控制设备(烟气脱硫系统)等领域(1-3]。

但其合金化程度高，铸锭宏观偏析严重，塑性差，热成型过程中容易开裂。

热成型区间窄，热变形过程中变形抗力高、硬化大，对应变速率敏感。

UNS N 06625合金为奥氏体单相合金，在热处理过程中不发生相变不能通过热处理细化晶粒，仅能通过热加工细化晶粒。

因此分析该合金热成型工艺至关重要。

本文通过UNS N 06625合金高温拉伸、高温压缩试验，结合变形后合金晶粒度分析，研究热成型工艺参数，确定UNS N 06625合适的热加工工艺。

N06625法兰Inconel625（UNSN06625）物理性能：密度8.4g/cm3熔点1290-1350℃性合金和状态抗拉强度RmN/mm2屈服强度RP0.2N/mm2延伸率A5%布氏硬度HB76034530≤220合金和状态抗拉强度RmN/mm2屈服强度RP0.2N/mm2延伸率A5%布氏硬度HB76034530≤220Inconel625技术指标Inconel625被为UNSN06625，N06625法兰又称作2.4856ISONW6625，并列在NACEMR-01-75中。

ASMESB446（Rod＆Bar），ASTMB564；ASMESB564（锻件）；AMS5666（棒材，锻件和环件）；AMS5837（电线），ISO9723（电线和钢筋）。

N06625法兰不同压力的法兰有不同的厚度，匹配的螺栓也不同。

为了便于交流与理解，人们提出了公称压力和公称直径这两个概念。

1、公称压力（PN）：是压力容器或管道的标准化压力等级，一般指规定温度下的的工作压力，并经过标准化后的压力等级。

ni基高温合金mc相的形成与固态溶解

ni基高温合金mc相的形成与固态溶解第一部分：引言Ni基高温合金是一种重要的结构材料，在高温和极端工况下具有优异的性能。

其中的MC相是一种重要的强化相，对材料的力学性能和耐腐蚀性能起到关键作用。

本文将从MC相的形成和固态溶解两个方面来介绍Ni基高温合金中MC相的特点和影响因素。

第二部分：MC相的形成MC相是指Ni基高温合金中的碳化物相，通常是Ni3NbC或Ni3MoC。

MC相的形成与合金中的碳含量、合金元素的类型和含量等因素密切相关。

在高温下，碳原子会与合金中的Ni、Nb或Mo元素结合形成MC相。

这种相的形成可以通过热处理或固溶处理来实现。

第三部分：固态溶解固态溶解是指将MC相在高温下溶解到Ni基高温合金基体中。

通过固态溶解，可以提高合金的塑性和韧性，改善材料的加工性能。

固态溶解的温度和时间是影响溶解效果的重要因素，需要根据具体合金的成分和工艺要求进行调控。

第四部分：MC相的特点和影响因素MC相具有良好的热稳定性和耐腐蚀性能，在高温下能够维持合金的强度和硬度。

MC相的形态和分布对合金的力学性能和耐腐蚀性能有重要影响。

合金中MC相的形态可以通过合金的成分和热处理工艺来调控。

此外，合金中MC相的尺寸和分布对材料的力学性能和耐腐蚀性能也有显著影响。

第五部分：MC相的应用和发展趋势由于MC相的优异性能，Ni基高温合金在航空航天、能源等领域得到了广泛应用。

随着材料科学的发展，对MC相的研究也在不断深入。

未来的发展趋势包括进一步提高合金的强度和耐腐蚀性能，优化MC相的形态和分布，以及探索新的合金元素和工艺。

结论部分：本文对Ni基高温合金中MC相的形成和固态溶解进行了较为全面的介绍。

通过了解MC相的特点和影响因素，可以更好地设计和制备具有优异性能的Ni基高温合金。

随着材料科学的不断进步，相信在未来会有更多的突破和创新，推动Ni基高温合金在各个领域的应用。

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Ni基高温合金中Nb的固溶强化
晶格中的部分原子被其他原子置换可产生和位错相互作用的晶格畸变。

Nb在Ni和
Cr20-Ni80合金中的溶解度不大，在1200℃时，Nb在Cr20-Ni80中的溶解度为7％，且随着温度的降低溶解度也减小。

Nb和Ni之间的原子尺寸错配度高达15％左右，这限制了Nb在Ni中的充分溶解。

然而，这样高的原子尺寸错配度在另一方面也表明Nb在产生晶格畸变方面具有很强的能力。

无论Nb含量多少，Nb主要存在于γ相中(~57％)，其次存在于γ…相中 (-28％)，在碳化物中的Nb最少 (-15％)。

研究发现Nb含量从0％提高到2．46％，7相的点阵间隔从3．5634nm增加到3．5713nm。

γ和γ…相的晶格错配度先从无Nb时的0．76增加到含Nbl．24％时的0．81，之后又开始下降，含Nb量为2．46％时晶格错配度降到原始值。

随着Nb含量从o％提高到2．46％，剪切模量从81．7x103提高到85．0x103。

研究已证实．在含 Cr20％的Ni和Ni-Fe基625、706和 718合金中Nb能起到固溶强化的效果。

据估算，加入2．46％的Nb产生的固溶强化可使合金的屈服强度提高约 44Mpa。

这大概占由于Nb的添加而产生的室温屈服强度增加量的一半。

由于随着Nb含量的增加，γ和γ…相的晶格错配度变化不大，因此，Nb对由于晶格错配所产生的共格应变的贡献不大。

结果，合金强度增量的其余部分就主要归因于由于Nb增大合金的反相畴界能而产生的共格应变强化。

Ni基高温合金中Nb的共格相强化
我们就可以推测Nb在625、706和718合金中所起的作用。

Nb所具有的适中的熔点和低弹性模量使Nb在固溶强化方面效果不明显。

其较大的原子半径限制了其在镍基合金中的溶解度，而其正电性特性使Nb易形成稳定的碳化物和氮化物。

另外，Nb的低密度使含Nb合金适于制作转动件，实际上，Nb的最大优势在于其可促进γ，和γ…相的形成。

Nb 倾向于偏聚在这两个相中，从而导致其体积分数的增加。

同时，Nb可减少Al和Ti在基体中的溶解度，从而进一步增加γ和γ…相的含量。

此外，Nb可增加γ…相的反相畴界能，这增大了位错切割γ…相的阻力从而提高合金的高温强度。

在对Nb的特性有一个初步了解后，就可以开始研究Nb在625、706和718合金中的作用了。

首先，我们将对三种合金中最富Ni的625合金进行研究。

625合金中Nb的冶金特性
在航空航天领域，625合金被广泛用来制作推力换向器、消声器、壳体、排气管、燃烧室、转换导管、排气元件和发动机安装法兰及支架。

多年来，随着对 625合金的性能优化已出现了一些新的商用合金，比如725合金、Custom Age 625Plus®合金、626合金、625LCF®合金和718合金(通过增加Nb含量来增加高温强度)。

最终因子试验确定了Nb、Mo、Cr、A1和Ti的最佳含量。

Nb在625合金中的溶解度大约为2．5％，且随着Mo+Cr含量的降低而增加(基于和718合金时效效果的比较)。

在固溶状态，Nb只是略微增大625合金的基体强度。

然而．在时效状态 (704℃／16h
／AC)，当Nb含量超过 2．5％时，屈服强度显著增大。

这些研究表明，Mo可增大基体的
固溶强度，并且还可单独或与Nb一起增大高温时效合金的时效强化效果，同时降低高温
时效合金的冲击韧性。

Nb在镍铁基高温合金中的作用
大量的以Nb强化的变形高温合金从技术上来说就是镍铁基高温合金，这类合金包括
众所周知的：706，718，903和909合金。

这些合金具有一些共同的特点：这些合金主要
以锻造或变形态应用，使用温度不超过650℃的。

这些合金都以Nb进行强化，并且常常
主要通过沉淀析出共格的γ和γ…相来提高合金的使用性能。

这些合金的Ni含量必须超过2 5％，这样才能保证在面心立方奥氏体基体中可以析出γ…相。

镍铁基高温合金的固溶强化
在镍铁基高温合金中，Co、Cr、Mo及w元素连同Nb一起，使合金得到固溶强化，但对Nb元素来说，沉淀强化相起着更重要的作用。

Stoloff估计在718合金的固溶体中，Nb大约占3％
镍铁基高温合金中铌对碳化物强化的作用
镍铁基高温合金中可形成MC型碳化物，这类高温合金广泛用于制造涡轮盘和涡轮转子，而它们中的碳化物在合金锻造及热处理过程中，将在合金晶粒度的控制上发挥重要作用。

这些碳化物中一般富集Ti、Ti与Nb的复合物以及其它难熔元素。

Nb可以使MC型碳
化物更加稳定，但是在后序高温热处理及热时效中，MC型碳化物还是会转变成为 M23C6
和M6C。

镍铁基高温合金中铌对共格相强化的作用
在镍铁基高温合金中可以形成两种共格相即γ…和γ“相。

γ‟相是一种有序共格相，是Ti
和Ni反应形成的，它与在镍基合金中Ni和Al反应形成的γ…相相比有差异。

由于镍铁基合
金中Nb的存在，γ“相成为了合金强度的主要提供者，这个共格相是体心四方结构(BCT)，(它的结构可以看作是两个FCC单胞的堆垛)。

在基体中γ“相是圆盘和片状析出的，还曾观
察到有γ“包覆着γ…颗粒，这种γ”相的稳定性明显高于γ…。

γ“相的析出依赖于 Nb和Fe的存在，这是因为Nb和Nb提供了γ“形成所需的电子—原子比以及基体与沉淀错配相的关系。

δ相是圆盘或胞状，与基体不共格，用δ相可以来控制晶粒度，而δ相对合金强度则
具有双重作用。

另一种直接来自于γ…的相是η相(Ni3Ti)，合金中Ti和 Nb的高含量是η相
的形成的原因，η相通常在晶界呈盘状或胞状，它会大大降低合金的塑性。

某种热处理可
以使镍铁基合金中析出一种更加温和的块状析出相，它可以象δ相一样，在制造中用于控
制合金的晶粒度。

刀相和δ相的形成，将会降低合金潜在的强度，因为它们二者都会占用
形成强化相γ…和γ“所需的Ti和Nb。

镍铁基合金中也可以形成拓扑密排相(TCP)和Laves相。

Laves相比较常见，它与合金中的Nb、Fe和Si有关。

Nb在706合金中的冶金行为
706合金是60年代后期由718合金发展而来的，以满足大型锻造燃气涡轮件的冶金需求。

706合金中的Ni、Mo及强化元素含量较低，因而提高了合金的可锻性，减少了大尺寸合金锭横截面上形成宏观偏析的趋势，同时合金的机械加工性能也得到了改善，降低了成本。

合金中Nb、Al含量的降低，也使得合金形成偏析和黑斑的趋势降低。

另外，在合金强化元素降低的同时，增加了一定的Ti含量以保持706合金的强度，为了改善706合金加工性能，合金中的c含量控制的比718合金要低。

706合金中主要的相及它们典型的形貌。

706合金中的第三种析出相是刀相 (Ni3Ti，Nb)，它是六方晶系D024晶体结构，在晶
界以细小片状析出，在晶内以长片状(针状)析出，在760-870℃之间η相以消耗γ…和γ“相
的方式粗化长大。

经过1120℃的退火处理，η相可以在晶内均匀形核，但低于该温度则不
均匀，这可能是因为残余亚结构，这些亚结构与预先析出的MC型碳化物颗粒有关，而碳
化物的形成会对η相溶解温度产生影响。

从斜方晶系的Ni3Nb) γ“相转变为六方晶系的(Ni3 NbO．33TiO．67)η相时，存在一些成分的转变。

随着合金中Ti含量的增加，合金中的η
相还会进一步转变为三角晶系的(Ni3 NbO．11 Ti0．89)η相、六方晶系的(Ni3
NbO．03Ti0．97)η相，利用析出的，η相可以在合金锻造过程中控制晶粒尺寸(24，30，32)。

在低于η相溶解温度下，706合金的流变应力大大增加，同样锻造所需的压力也大大增加了。

706合金在经过高达870-930℃的高温时效后，就会析出Laves相(Fe2Nb) [六方晶系
C36的晶体结构]，显微组织中Laves相看起来像晶界上的η相，但略粗大些。

在加工和时效热处理过程中，706合金中还会形成富Nb和Ti的MC型碳化物(面心立
方结构，a=4．43埃)，这些碳化物如同非常细小沉淀相大多位于晶界。

706合金显微组织
中通常还可以观察到少量的M23C6，NbC，NbN或Nb(C，N)。

Nb在718合金中的冶金行为
718合金是最主要的镍铁基高温合金，它几乎占了全世界高温合金用量的一半。

可以
制成各种各样的产品，它可用于制造盘件、轴、承力件、紧固件、薄板件及结构件。

53％
Ni~20％Fe的基体中合金的强化作用主要靠5．3％Nb来形成γ“(18％-20％)，这使得718
合金的屈服强度比其它靠同样数量γ…强化的合金更高。

但是γ“相是一种亚稳定相，在650℃以上的长期使用中会转变成δ相导致合金的强度降低。

和706合金一样，在718合金的γ基体中会析出共格的细小片状γ“相，在某种热处理
条件和特定的(AL+Ti／Nb比率下，γ“可能会包覆在立方体γ…相所有6个面上，这种结构被
证明可以推迟γ“相的粗化。

随着合金中Nb含量从 3．5％增至6．5％，合金的强度不断
提高，但当Nb>5％时，就会促进合金中 Laves相及δ相的析出，从而对合金的塑性和强
度产生潜在的危害，因为Laves相中会占有28％Nb和10％Mo，从而减少这些元素对合金
强度的作用。