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能够析出PTSUB2/SUBMO型超点阵相的NICRW-MO高温合金.pdf

  • 上传人:t****
  • 文档编号:6327607
  • 上传时间:2019-06-01
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201510955270.2

    申请日:

    2015.12.18

    公开号:

    CN105543566A

    公开日:

    2016.05.04

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C22C 19/05申请日:20151218|||公开

    IPC分类号:

    C22C19/05; C22F1/10

    主分类号:

    C22C19/05

    申请人:

    西北工业大学

    发明人:

    胡锐; 张铁邦; 李金山; 孔金涛; 钟宏

    地址:

    710072 陕西省西安市友谊西路127号

    优先权:

    专利代理机构:

    西北工业大学专利中心 61204

    代理人:

    慕安荣

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    内容摘要

    一种能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni-Cr-W-Mo高温合金,原子百分比为:25at.%的Cr、6.5at.%的W和0.7~1.7at.%的Mo,余量为Ni。在析出Pt2Mo型超点阵相时,采用常规的真空非自耗电弧熔炼方法制备原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-0.7~1.7Mo成分的合金,经过1200℃/24h均匀化、1260℃/0.5h固溶淬火的常规热处理后,在490℃~570℃能够析出5~15nm的弥散Pt2Mo型超点阵相。本发明适用于在不显著降低合金塑性及抗腐蚀性能的条件下,提高合金屈服强度和抗拉强度等力学性能。

    权利要求书

    1.一种能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni-Cr-W-Mo高温合金,其特征在于,该高温合
    金的体系为原子百分比为:25at.%的Cr、6.5at.%的W和0.7~1.7at.%的Mo,余
    量为Ni。
    2.如权利要求1所述能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni-Cr-W-Mo高温合金,其特征在
    于,在析出Pt2Mo型超点阵相时,采用常规的真空非自耗电弧熔炼方法制备原子百
    分比为Ni-25Cr-6.5W-0.7~1.7Mo成分的合金,经过1200℃/24h均匀化、1260℃
    /0.5h固溶淬火的常规热处理后,在490℃~570℃能够析出5~15nm的弥散Pt2Mo
    型超点阵相。

    说明书

    能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni-Cr-W-Mo高温合金

    技术领域

    本发明涉及耐蚀镍基高温合金领域,具体为一种添加了0.7~1.7at.%范围Mo元素
    的能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni-25Cr-6.5W-Mo(at.%)合金。

    背景技术

    Ni-Cr-W系高温合金是化工、能源工业领域耐高温耐高压热交换管的首选备用材
    料,而由于热交换管的使用寿命要求达到60年,那么对耐热结构材料的蠕变等力学性
    能就提出了苛刻的要求。以Ni-Cr-W合金为结构材料的熔盐堆的工作温度为
    500~800℃,该温度范围恰是镍基合金中超点阵的析出温度范围。大量研究结果已表明,
    Ni-Cr(Mo)-Mo(Cr)合金中超点阵的析出可显著提高合金的力学性能。因此,若采用特
    殊方法在Ni-Cr-W合金中析出超点阵相,则将对提升Ni-Cr-W系合金的服役性能有着
    重要的意义。

    但目前为止,对Ni-Cr-W合金中超点阵的析出行为的研究,国内外鲜有报道。
    Chatterjee(SudinChatterjee,AjitK.Roy.Mechanismofcreepdeformationofalloy230
    basedonmicrostructuralanalyses[J].MaterialsScienceandEngineeringA,2010,527:
    7893-7900.)报道了Haynes230合金中的Pt2Mo型Ni2(Cr,W)超点阵相显著提高了其蠕变
    性能。但是从尺寸、形态以及衍射花样判断,专家们认为的这种所谓的Pt2Mo型超点阵
    相是碳化物而并非超点阵相。陈杨(ChenY,HuR,KouHCH,etal.Precipitationof
    nanosizedDO22superlatticewithhighthermalstabilityinanNi–Cr–Wsuperalloy[J].
    ScriptaMaterialia,2014,76:49-52)在59.2Ni-20.8Cr-18.8W-1.2Mo(wt.%)合金中通过
    700℃/5~40小时时效处理,在基体中析出了稳定的DO22型超点阵相,提高了合金的显
    微硬度。虽然该论文所涉及的合金成分中也包含了Mo元素,但是该研究并没有提及基
    体中有Pt2Mo型超点阵相析出,更没有发现Mo元素及其含量与Pt2Mo型超点阵相析出之
    间存在着的相关性规律。西北工业大学的胡锐(HuR,ChengGM,ZhangJQ,etal.First
    principlesinvestigationonthestabilityandelasticpropertiesofNi2Cr(1-x)Mx(M=Nb,Mo,
    Ta,andW)superlattices[J].Intermetallics,2013,33(2):60–66.)等人利用第一性原理的方
    法研究了三元体系Ni2Cr(1-x)Mx(M=Nb,Mo,Ta,W)系列超点阵相和四元体系Ni2Cr(1-2x)WxMx(M=
    Fe,Nb,Mo,Hf,Ta)系列超点阵相,计算了它们的形成能、结合能、弹性常数等,并分析
    了电子结构和态密度。认为,难熔合金元素均能在不同程度上提高Ni2Cr(1-x)Mx和
    Ni2Cr(1-2x)WxMx超点阵基态下的稳定性,但是上述文章并没有开展具体的合金化元素及含
    量对超点阵相析出影响的工作,没能够确定影响性元素及其含量范围。

    发明内容

    为能够从Ni-Cr-W高温合金中析出Pt2Mo型超点阵相,以提高合金的力学性能,
    本发明提出了一种能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni-Cr-W-Mo高温合金。

    在析出Pt2Mo型超点阵相时,采用常规的真空非自耗电弧熔炼方法制备原子百分
    比为Ni-25Cr-6.5W-0.7~1.7Mo成分的合金,经过1200℃/24h均匀化、1260℃/0.5h
    固溶淬火的常规热处理后,在490℃~570℃能够析出5~15nm的弥散Pt2Mo型超点阵
    相。

    本发明提出的Ni-Cr-W-Mo高温合金的体系为:25at.%的Cr、6.5at.%的W和0.7~
    1.7at.%的Mo,余量为Ni。所述的百分比均为原子百分比。

    本发明人研究发现,原子百分比为Ni-25Cr-6.5W合金经过不同温度和时间时效热
    处理,均无法析出Pt2Mo型等超点阵相。添加微量合金化元素Mo,其含量范围为0.7~
    1.7at.%,合金经过热处理即可控制析出5~15nm的弥散Pt2Mo型超点阵相。在500~
    550℃的时效温度范围内,随着温度的升高及时效时间的延长,超点阵相的析出数量增
    加、颗粒尺寸增大,时效50h后超点阵相逐渐达到平衡及稳定。Mo元素及其含量范围,
    是控制析出Pt2Mo型超点阵相的关键。

    本发明适用于以原子百分比为Ni-25Cr-6.5W的合金为代表的Ni-Cr-W合金,具体
    过程是:采用真空非自耗电弧熔炼方法制备Ni-25Cr-6.5W-0.7~1.7Mo成分的合金,经
    过1200℃/24h均匀化处理、1260℃/0.5h固溶淬火处理后,将合金在500~550℃温度范
    围内时效处理,即可析出弥散的Pt2Mo型超点阵相。

    其主要原理为:镍基合金中超点阵的析出与合金成分及热处理工艺有密切的关系。
    热力学计算表明,Mo元素属于Pt2Mo型超点阵相稳定化元素,如在镍基合金中加入适
    量的Mo元素,可以提高Pt2Mo型超点阵相的固溶温度、扩大其存在相区。故在Ni-Cr-W
    合金中适量添加Pt2Mo型超点阵相稳定化元素Mo,并通过一定热处理工艺,即可控制
    Pt2Mo型超点阵相的析出。Pt2Mo型超点阵相通过诱导孪生变形机制,使得合金在强度
    提高的同时又保持了良好的塑性。时效后析出的Pt2Mo型超点阵相对原子百分比为
    Ni-25Cr-6.5W-1.7Mo合金力学性能的影响,如表1和表2所示。

    综上所述,本发明通过在原子百分比为Ni-25Cr-6.5W合金中添加微量合金化元素
    Mo,确定含量范围为0.7~1.7at.%,通过常用时效热处理工艺500~550℃/0.5~40h,
    能够在合金中控制析出纳米级弥散分布的Pt2Mo型超点阵相。本发明适用于在不显著
    降低合金塑性及抗腐蚀性能的条件下,提高合金屈服强度和抗拉强度等力学性能。

    表1为原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-1.7Moat.%合金固溶淬火后,在550℃时效,
    合金显微硬度随时效时间的变化。

    表1

    Ni-25Cr-6.5W-1.7Mo at.%
    显微硬度HV
    固溶淬火态
    214
    550℃/10h
    244
    550℃/20h
    322
    550℃/40h
    334

    表2为Ni-25Cr-6.5W-1.7Mo(at.%)合金,固溶淬火态及550℃时效20h后,合金
    的拉伸性能数据。

    表2


    附图说明

    图1a为原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-1.7Mo合金550℃/40h时效处理后[100]轴的
    选区电子衍射,b为对应的暗场像。

    具体实施方式

    实施例一

    本实施例是一种能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni-Cr-W-Mo高温合金。该高温合
    金中添加了0.7~1.7at.%的Mo元素。本实施例中,体系的原子百分比为:25at.%的Cr、
    6.5at.%的W和1.7at.%的Mo,余量为Ni。

    所述添加有Mo元素的高温合金能够析出Pt2Mo型超点阵相:Mo含量为1.7at.%
    时,采用常规的真空非自耗电弧熔炼方法制备原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-1.7Mo成分
    的合金,经过1200℃/24h均匀化、1260℃/0.5h固溶淬火的常规热处理后,在490℃
    时效处理40h,能够析出5~8nm的弥散Pt2Mo型超点阵相;在550℃时效处理40h,能
    够析出10~15nm的弥散Pt2Mo型超点阵相;在570℃时效处理40h,能够析出10~15nm
    的弥散Pt2Mo型超点阵相;图1a为550℃/40h时效处理后<100>轴的选区电子衍射,
    图1b为对应的暗场像;在490~570℃范围外时效,无法析出Pt2Mo型超点阵相。

    实施例二

    本实施例是一种能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni-Cr-W-Mo高温合金。该高温合
    金中添加了0.7~1.7at.%的Mo元素。体系的原子百分比为:25at.%的Cr、6.5at.%的W
    和1.2at.%的Mo,余量为Ni。

    所述添加有Mo元素的高温合金能够析出Pt2Mo型超点阵相:Mo含量为1.2at.%
    时,采用常规的真空非自耗电弧熔炼方法制备原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-1.2Mo的合
    金,经过1200℃/24h均匀化、1260℃/0.5h固溶淬火的常规热处理后,在490℃时效处
    理40h,能够析出6~8nm的弥散Pt2Mo型超点阵相;在520℃时效处理40h,能够析出6~
    9nm的弥散Pt2Mo型超点阵相;在570℃时效处理40h,能够析出6~10nm的弥散Pt2Mo型超
    点阵相;在490~570℃范围外时效,无法析出Pt2Mo型超点阵相。

    实施例三

    本实施例是一种能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni-Cr-W-Mo高温合金。该高温合
    金中添加了0.7~1.7at.%的Mo元素。体系的原子百分比为:25at.%的Cr、6.5at.%的W
    和0.7at.%的Mo,余量为Ni。

    所述添加有Mo元素的高温合金能够析出Pt2Mo型超点阵相:Mo含量为0.7at.%
    时,采用常规的真空非自耗电弧熔炼方法制备原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-0.7Mo的合
    金,经过1200℃/24h均匀化、1260℃/0.5h固溶淬火的常规热处理后,在490℃时效处
    理40h,能够析出5~7nm的弥散Pt2Mo型超点阵相;在530℃时效处理40h,能够析出5~
    8nm的弥散Pt2Mo型超点阵相;在570℃时效处理40h,能够析出6~8nm的弥散Pt2Mo型超
    点阵相;在490~570℃范围外时效,无法析出Pt2Mo型超点阵相。

    关 键  词:
    能够 析出 PTSUB2 SUBMO 点阵 NICRW MO 高温 合金
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