新型Co-V基高溫合金的相平衡、組織控制及力學(xué)性能研究.pdf

1、高溫合金主要包括鐵基、鐵鎳基、鎳基和鈷基四大類。真空感應(yīng)澆鑄技術(shù)的出現(xiàn)使得依靠共格強(qiáng)化的鎳基高溫合金的使用范圍極大地超過了傳統(tǒng)鈷基高溫合金。盡管如此，傳統(tǒng)鈷基高溫合金憑借著優(yōu)良的抗熱腐蝕、抗氧化、較好的抗熱疲勞以及良好的焊接性等特點(diǎn)，其在工業(yè)領(lǐng)域中也仍在應(yīng)用。研究表明，限制傳統(tǒng)鈷基高溫合金廣泛應(yīng)用的因素主要是其缺少共格強(qiáng)化機(jī)理，導(dǎo)致其高溫力學(xué)性能不及鎳基高溫合金。因此研究人員希望研制出依靠共格強(qiáng)化的新型鈷基高溫合金，這類新型鈷基高溫合金

2、不僅可以保持傳統(tǒng)鈷基高溫合金的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，還可以具有較為優(yōu)良的高溫強(qiáng)度。近幾年，在Co-W-Al體系中發(fā)現(xiàn)了具有面心立方有序L12結(jié)構(gòu)的γ'相。并且Co-W-Al合金的高溫硬度與商業(yè)化鎳基高溫合金Waspaloy相當(dāng)。因此，研制依靠共格析出強(qiáng)化的新型鈷基高溫合金成為一大研究熱點(diǎn)。Co-W-Al基合金中的強(qiáng)化相γ'-Co3(Al，W)的產(chǎn)生可能是由于鎢的添加使得亞穩(wěn)γ'-Co3Al的穩(wěn)定性提高而造成的。同時(shí)，Co-V系中存在亞穩(wěn)的γ'-C

3、o3V相，但通過合金化使其穩(wěn)定性提高的研究工作并未見報(bào)道。因此本研究在Co-V基的基礎(chǔ)上開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究工作，尋找潛在的新型鈷基高溫合金體系。同時(shí)本研究還致力于完善鈷基高溫合金三元系的相平衡信息，所獲得的相關(guān)相平衡信息將作為鈷基高溫合金熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫的補(bǔ)充，為新型鈷基高溫合金的開發(fā)提供一定的理論研究基礎(chǔ)。本研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)本研究采用合金法，并結(jié)合電子探針、X射線衍射、差示掃描量熱儀和透射電鏡等手段實(shí)驗(yàn)測(cè)定了Co-V-

4、Ti(800、1000、1100和1200℃)、Co-V-Ta(900、1100、1200和1300℃)、Co-V-Mn(800、1000、1100和1200℃)和Co-V-Mo(800、1000、1100和1200℃)三元系全成分范圍內(nèi)的12個(gè)等溫截面相圖。
　　(2)依據(jù)本研究實(shí)驗(yàn)測(cè)定的Co-V-X(X∶Ti，Ta)三元系實(shí)驗(yàn)相圖，對(duì)Co-V-X(X∶Ti，Ta)合金的成分進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過優(yōu)化熱處理工藝對(duì)Co-V-X(X∶Ti,

5、 Ta)合金的微觀組織進(jìn)行控制，以獲得具有γ/γ'兩相組織形貌的Co-V-X(X∶Ti，Ta)合金。對(duì)該Co-V-X(X∶Ti，Ta)合金進(jìn)行合金化，并針對(duì)Co-V-X(X∶ Ti，Ta)基合金中的相結(jié)構(gòu)、成分、穩(wěn)定性和組織演變，以及合金的硬度、密度及力學(xué)性能等方面開展實(shí)驗(yàn)研究工作。部分制備出的Co-V-Ti基高溫合金的高溫強(qiáng)度優(yōu)于傳統(tǒng)鈷基高溫合金MAR-M302(700～1000℃)，并且與商業(yè)化鎳基高溫合金IN-939相當(dāng)(900～

6、1000℃)。同時(shí)，部分制備出的Co-V-Ta基高溫合金的高溫強(qiáng)度在室溫～900℃之間優(yōu)于傳統(tǒng)鈷基高溫合金MAR-M302，并且在700～850℃之間與商業(yè)化鎳基高溫合金IN-939相當(dāng)。
　　(3)基于本研究實(shí)驗(yàn)測(cè)定的Co-V-Mn三元系實(shí)驗(yàn)相圖，對(duì)Co-V-Mn合金的成分進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過優(yōu)化熱處理工藝對(duì)Co-V-Mn合金的微觀組織進(jìn)行控制，以獲得具有單純Co2VMn相的合金以及具有Co2VMn/(αCo)兩相的合金。對(duì)Co2VM