CN105543566B - 能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni‑Cr‑W－Mo高温合金 - Google Patents

能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni‑Cr‑W－Mo高温合金 Download PDF

Info

Publication number
CN105543566B
CN105543566B CN201510955270.2A CN201510955270A CN105543566B CN 105543566 B CN105543566 B CN 105543566B CN 201510955270 A CN201510955270 A CN 201510955270A CN 105543566 B CN105543566 B CN 105543566B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
type superlattice
pt2mo
phases
superlattice phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510955270.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105543566A (zh
Inventor
胡锐
张铁邦
李金山
孔金涛
钟宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201510955270.2A priority Critical patent/CN105543566B/zh
Publication of CN105543566A publication Critical patent/CN105543566A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105543566B publication Critical patent/CN105543566B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

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。

Description

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(Sudin Chatterjee,Ajit K.Roy.Mechanism of creep deformation ofalloy 230based on microstructural analyses[J].Materials Science andEngineering A,2010,527:7893-7900.)报道了Haynes 230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(Chen Y,Hu R,Kou H CH,etal.Precipitation of nanosized DO22 superlattice with high thermal stability inan Ni–Cr–W superalloy[J].Scripta Materialia,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(Hu R,Cheng G M,Zhang JQ,et al.First principles investigation on the stability and elasticproperties of Ni2Cr(1-x)Mx(M＝Nb,Mo,Ta,and W)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：当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：当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：当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。

Claims (1)

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；
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。
CN201510955270.2A 2015-12-18 2015-12-18 能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni‑Cr‑W－Mo高温合金 Expired - Fee Related CN105543566B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510955270.2A CN105543566B (zh) 2015-12-18 2015-12-18 能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni‑Cr‑W－Mo高温合金

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510955270.2A CN105543566B (zh) 2015-12-18 2015-12-18 能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni‑Cr‑W－Mo高温合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105543566A CN105543566A (zh) 2016-05-04
CN105543566B true CN105543566B (zh) 2017-05-17

Family

ID=55823121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510955270.2A Expired - Fee Related CN105543566B (zh) 2015-12-18 2015-12-18 能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni‑Cr‑W－Mo高温合金

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105543566B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110117738A (zh) * 2019-05-09 2019-08-13 西北工业大学 能够析出DO22型超点阵相的Ni-Cr-W-Nb高温合金
CN114182139B (zh) * 2021-12-10 2022-12-02 西北工业大学 一种析出强化镍基高温合金及其制备方法
CN114941058B (zh) * 2022-07-07 2023-05-23 上海大学 一种高纯度Pr5Co19型La-Y-Ni超点阵合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105543566A (zh) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100409260B1 (ko) 전기저항가열부재로서유용한알루미늄을함유하는철-베이스합금
EP2855724B1 (de) Nickel-chrom-legierung mit guter verarbeitbarkeit, kriechfestigkeit und korrosionsbeständigkeit
CN105543566B (zh) 能够析出Pt2Mo型超点阵相的Ni‑Cr‑W－Mo高温合金
Liu et al. An ultrafast performance regeneration of aged stainless steel by pulsed electric current
EP3511432B1 (en) Softening resistant copper alloy, preparation method, and application thereof
TWI391496B (zh) 可焊接之抗氧化鎳－鐵－鉻－鋁合金
Rao et al. Effect of thermomechanical working on the microstructure and mechanical properties of hot isostatically pressed superalloy Inconel 718
EP2855723A1 (de) Nickel-chrom-aluminium-legierung mit guter verarbeitbarkeit, kriechfestigkeit und korrosionsbeständigkeit
CN105821250A (zh) 一种高强度镍基高温合金及其制造方法
Della Rovere et al. Influence of alloying elements on the corrosion properties of shape memory stainless steels
EP0392484B1 (en) Corrosion-resistant nickel-chromium-molybdenum alloys
CN114395717B (zh) 一种Co-Ni-Cr-Fe-W系高密度高塑性的高熵合金及其制备方法
EP2377962A1 (en) Precipitation hardenable martensitic stainless steel and steam turbine blade using the same
CN113025793A (zh) 一种高纯净度细晶不锈钢锻件以及锻造处理工艺
CN110527796A (zh) 一种通过热处理控制高温合金锻件晶粒度的方法
Liu et al. Effect of silicon on microstructure and stress rupture properties of a corrosion resistant Ni-based superalloy during long term thermal exposure
Geanta et al. Chemical Composition Influence on Microhardness, Microstructure and Phase Morphology of Al
KR20200132992A (ko) 고온 티타늄 합금
CN107587080A (zh) 一种沉淀强化耐热钢及其制备工艺
CN103924175B (zh) 一种提高含Zn、Er铝镁合金耐蚀性能的稳定化热处理工艺
CN111001964A (zh) 一种石化装备用耐高温腐蚀镍基实心焊丝制备方法及焊接工艺
Lin et al. The welding characteristics of Fe–30Mn–6Si and Fe–30Mn–6Si–5Cr shape memory alloys
CN102304687A (zh) 铝青铜热处理工艺
CN104388823B (zh) 一种高强度耐热合金钢
CN105838925B (zh) 耐高温氧化镍基合金

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170517

Termination date: 20191218

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee