高温合金强化相

GH145高温合金的三种强化机理

材料牌号 GH145。

相近牌号 Inconel X-750（美国）

GH145合金系仿美Inconel Allogx一750合金，又名Inconel X，是美国Inconel 系统中早期著名的镍基高温合金.它是以 Al、Ti、Nb 强化的镍基合金，在 980℃以下，具有良好的强度;它有好的抗腐蚀和抗氧化性能，也有较好的低温性能，成型性能也好，能适应各种焊接工艺。主要用作燃气轮机与汽轮机的弹簧部件材料。

GH145合金主要是以γ"Ni3相进行时效强化的镍基高温合金，在高温下具有良好的耐腐蚀、抗氧化性能及较高的强度，同时还具有良好的成形性能和焊接性能。镍基高温合金是用量最大、最重要的高温合金，主要用于制造航空发动机、航天火箭发动机、工业燃气轮机等高温部件，也在能源动力、交通运输、石油化工、冶金等部门获得了广泛应用，特别是在先进的航空发动机中，高温合金的用量占发动机总材料用量的40%～60%，可以说没有高性能的高温合金就没有先进的航空工业，更无法制造先进的飞机。

GH145合金是Inconel 合金系统中早期较好的合金之一，它含有的 Mn，Cr是固溶强化元素，Ni，Cb，Ti和 Al是 7'相的形成元素，决定GH145合金沉淀强化特征。而微量元素 Mg、Zr、B 的加入，起晶界强化作用，同时，Mg具有细化晶粒的作用。可以说它具备镍基高温合金的三种强化机理，即固溶强化，晶界强化，弥散强化机理。Y'相是Ni;（Al，Ti）相，空间群是LI2的面心立方结构，它具有小的质点间距，而Y'相和Y相基体的点阵常数很接近。Y'相硬度大，可以阻止

γ'相的切变，进而强制位错线沿γ'质点周围弯曲，所以Y'相具有强化作用，同时γ'相是球形的，因此表面能低，产生有利的稳定性。

在GH145合金中，因合金化程度较低，晶界附近存在 Y'贫乏区，这是由于铬向晶界扩散形成晶界富铬的碳化物，致使晶界附近铬元素贫化;从而提高这个区域镍和铬的溶解度，引起了Y'的溶解所遣成的，这种 Y'贫乏区对发挥合金的持久性能有利，在工作温度下，这个区域比周围软，可以控制滑移和晶间断裂，但当 Y'相和铬元素过度贫乏时，将对合金性能产生不利影响。

高温合金的强化方式

高温合金的强化方式

高温合金常用的强化方式分为固溶强化、沉淀强化和晶界强化等。

1) 固溶强化：通过向基体合金中加入 W、Mo、Cr、Ta、Nb 等元素固溶强化基体。由于添加元素和基体的晶格常数不一致，因此造成基体晶格畸变，降低基体的层错能，产生短程有序及原子偏聚，阻碍位错运动，同时也降低固溶体中元素扩散系数以及强化合金基体。固溶强化作用与溶质和溶剂原子尺寸差别相关，基体元素与添加元素的电子和化学因素差异在很大的程度上会影响合金元素在基体中的溶解度。固溶强化可以提高合金的热强性主要体现在以下两个方面：当T≤0.6Tm 时，由于晶格畸变，基体的滑移抗力增大，滑移变形困难从而强化；当T≥0.6Tm 时，原子间的结合力增大，基体中元素扩散能力下降，合金的再结晶温度升高，阻碍扩散形变进行。

2) 第二相沉淀强化：向合金添加 Al、Ti、Nb、Re、Ta 等元素，形成稳定 γ′相；加入 C、B 等元素与 Cr、Mo、W、Ti、Nb 等形成各种类型的碳化物，强化基体及晶界，强化程度与强化相类型、形态、数量、大小以及分布有关。一般而言，γ′相在基体中以共格的形式析出，在 γ′相周围存在较强的弹性应力场，基体与 γ′相点阵错配度越大，应力场也就越强，强化效果也就会明显。此外，γ基体与析出的 γ′相共格，晶体点阵相同，能够被移动的位错所切割，形成反相畴界和超点阵位错，进而强化基体。钴基高温合金以碳化物析出沉淀硬化为主，碳化物硬而脆且在基体中以非共格的形式析出，其强化作用的特点为：低温时位错以绕过方式通过第二相碳化物；在高温蠕变条件下，位错的攀移机制起主导作用。另外，如果碳化物具有在高温下溶解及低温下析出的可能性、碳化物的结构与基体相近、具有均匀析出的特点时有利于提高强化效果。但当碳过饱和时，往往形成大块状的碳化物，引起脆化、团聚碳化物、降低合金元素的恶扩散能力等条件就会起到较好的强化作用。钴基与镍基高温合金强化方式有所不同，沉淀强化机制认为：γ′相在钴基合金中呈脆性形态沉淀析出，错配度较大，恶化了合金的高温性能。钴基高温合金不是通过基体中有序沉淀相来强化的，它主要是通过固溶强化奥氏体基体和基体中分布少量碳化物来实现强化作用，铸造钴基高温合金主要依靠碳化物强化。

3) 晶界强化：通过添加 B、C、Zr 等元素填补原子空位，晶界的合金化程度得以提高、净化晶界、减缓晶界移动、合金的高温晶界强度上升。高温时晶界是薄弱环节，因而在断裂时呈现出沿晶断裂特征。晶界上原子排列紊乱，晶格畸变严重，晶体内部存在各种各样的晶体缺陷，如位错、孔洞等。在室温快速形变时，晶界基本上不参与形变，并且晶界阻止晶内滑移的贯穿，有利于强化合金。高温蠕变时，晶界的强度低并参与变形，晶界形变量有时达总形变量的 50%左右。一般而言，低温时晶界强度比晶内强度高，晶界强度和晶内强度随温度升高而下降，但晶界强度下降得更快，在某一温度范围，晶内强度与晶界强度相当；当温度再次升高，晶内强度比晶界强度高。

钢研高纳申请“抗富氧烧蚀时效强化型镍基高温合金及其制备方法和应用”专利，使合金在具有优异抗富氧烧蚀性能的同时，兼顾力学性能

金融界 2024 年 7 月 16 日消息，天眼查知识产权信息显示，北京钢研高纳科技股份有限公司申请一项名为“抗富氧烧蚀时效强化型镍基高温合金及其制备方法和应用“，公开号 CN202410780733.5，申请日期为 2024 年 6 月。

专利摘要显示，本发明涉及合金技术领域，尤其是涉及一种抗富氧烧蚀时效强化型镍基高温合金及其制备方法和应用。镍基高温合金包括 Cr 8%～10%、Mo 2%～3.45%、Nb 4%～5.5%、Ti 0.2%～1.3%、Al 1%～2%、Fe 9%～12%、Co 8%～10%、W 1%～2%、V 0.3%～0.6%、Cu 0.1%～0.5%、C 0.001%～0.05%、Mn 0.01%～0.5%、Si 0.01%～0.5%、Zr 0.001%～0.1%、Ce 0.001%～0.11%、B 0.001%～0.011%、S≤0.001%、P≤0.001%，余量为 Ni。本发明通过对合金成分进行改变和用量调控，使得合金在具有优异抗富氧烧蚀性能的同时，兼顾力学性能，满足新一代火箭发动机的严苛要求。

本文源自金融界