Mo型超点阵相的Ni-Cr-W－Mo高温合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及耐蚀儀基高溫合金领域，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-化化-6.5W-Mo(at. % )合金。
【背景技术】
[0002] Ni-Cr-W系高溫合金是化工、能源工业领域耐高溫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。WNi-Cr-W合金为结构材料的烙盐堆的工作溫度为500~800°C，该溫度 范围恰是儀基合金中超点阵的析出溫度范围。大量研究结果已表明，Ni-化(Mo)-Mo(化)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-化-W合金中析 出超点阵相，则将对提升Ni-化-W系合金的服役性能有着重要的意义。
[0003] 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 of alloy 230based on microstructural analyses[J].Materials Science and 化gineering A,2010，527:7893-7900.)报道了化ynes 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W及衍射花样判断，专家们认为的运种所谓 的PtsMo型超点阵相是碳化物而并非超点阵相。陈杨（Chen Y，Hu R，Kou Η CH，et al.Precipitation of nanosized DO22 superlattice with high thermal stability in an Ni-Cr-W superalloy[J].Scripta Materialia,2014,76:49-52)在59.2化-20.8灯- 18.8W-1.2Mo(wt.%)合金中通过700°C/5~40小时时效处理，在基体中析出了稳定的D022型 超点阵相，提高了合金的显微硬度。虽然该论文所设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化U R，化eng G M，Zhang J Q,et al. First principles investigation on the stability and elastic properties of Ni2Cr(i-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Ξ元体系Ni2Cr(i-x)Mx(M = Nb，Mo， 1'曰，胖)系列超点阵相和四元体系化2吐(1-扣)胖其(1 =化，抓，]/[0，册，了曰)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，难烙合金元素均能 在不同程度上提高Ni2Cr(i-x)Mx和Ni2Cr(i-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】
[0004] 为能够从Ni-Cr-W高溫合金中析出Pt2Mo型超点阵相，W提高合金的力学性能，本 发明提出了一种能够析出PtsMo型超点阵相的Ni-化-W-Mo高溫合金。
[0005] 在析出Pt2Mo型超点阵相时，采用常规的真空非自耗电弧烙炼方法制备原子百分 比为Ni-25Cr-6.抓-ο. 7~1.7Mo成分的合金，经过1200°C/24h均匀化、1260°C/0.化固溶泽 火的常规热处理后，在490°C~570°C能够析出5~15nm的弥散Pt2Mo型超点阵相。
[0006] 本发明提出的Ni-化-W-Mo高溫合金的体系为：25at. %的化、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。
[0007] 本发明人研究发现，原子百分比为Ni-25Cr-6.抓合金经过不同溫度和时间时效热 处理，均无法析出PtsMo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°C 的时效溫度范围内，随着溫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。
[000引本发明适用于W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烙炼方法制备Ni-25Cr-6.5W-0.7~1.7Mo成分的合金，经过 1200°C/24h均匀化处理、1260°C/0.化固溶泽火处理后，将合金在500~550°C溫度范围内时 效处理，即可析出弥散的Pt2Mo型超点阵相。
[0009] 其主要原理为：儀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，如在儀基合金中加入适量 的Mo元素，可W提高Pt2Mo型超点阵相的固溶溫度、扩大其存在相区。故在Ni-化-W合金中适 量添加 PtsMo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PtsMo型超点阵相 的析出。Pt2Mo型超点阵相通过诱导李生变形机制，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.抓-1.7MO合金力学 性能的影响，如表1和表2所示。
[0010] 综上所述，本发明通过在原子百分比为Ni-25Cr-6.抓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°C/0.5~40h，能够 在合金中控制析出纳米级弥散分布的Pt2M〇型超点阵相。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。
[0011] 表1为原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-1.7Moat. %合金固溶泽火后，在550°C时效，合 金显微硬度随时效时间的变化。
[0012] 表1
[0013]
[0014] 表2为Ni-25Cr-6.5W-1.7Mo(at. % )合金，固溶泽火态及550°C时效20h后，合金的 拉伸性能数据。
[0015] 表2
[0016]
【附图说明】
[0017] 图la为原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-1.7Mo合金550°C/40h时效处理后[100巧由的 选区电子衍射，b为对应的暗场像。
【具体实施方式】 [001引实施例一
[0019] 本实施例是一种能够析出PtsMo型超点阵相的Ni-Cr-W-Mo高溫合金。该高溫合金 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。
[0020] 所述添加有Mo元素的高溫合金能够析出PtsMo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烙炼方法制备原子百分比为Ni-25化-6.5W-1.7Mo成分的合 金，经过1200°C/24h均匀化、1260°C/0.化固溶泽火的常规热处理后，在490°C时效处理40h， 能够析出5~8皿的弥散PtsMo型超点阵相;在550°C时效处理40h，能够析出10~15皿的弥散 PtsMo型超点阵相;在570°C时效处理40h，能够析出10~15nm的弥散PtsMo型超点阵相；图la 为550°C/4化时效处理后<100〉轴的选区电子衍射，图lb为对应的暗场像;在490~570°C范 围外时效，无法析出PtsMo型超点阵相。
[0021] 实施例二
[0022] 本实施例是一种能够析出PtsMo型超点阵相的Ni-化-W-Mo高溫合金。该高溫合金 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 1.2曰1.%的齡，余量为化。
[0023] 所述添加有Mo元素的高溫合金能够析出PtsMo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烙炼方法制备原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-1.2Mo的合金， 经过1200°C/24h均匀化、1260°C/0.化固溶泽火的常规热处理后，在490°C时效处理40h，能 够析出6~8皿的弥散PtsMo型超点阵相;在520°C时效处理40h，能够析出6~9皿的弥散PtsMo 型超点阵相;在570°C时效处理40h，能够析出6~10皿的弥散PtsMo型超点阵相;在490~570 °C范围外时效，无法析出PtsMo型超点阵相。
[0024] 实施例Ξ
[0025] 本实施例是一种能够析出PtsMo型超点阵相的Ni-化-W-Mo高溫合金。该高溫合金 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 0.7曰1.%的齡，余量为化。
[0026] 所述添加有Mo元素的高溫合金能够析出PtsMo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烙炼方法制备原子百分比为Ni-25Cr-6.5W-0.7Mo的合金， 经过1200°C/24h均匀化、1260°C/0.化固溶泽火的常规热处理后，在490°C时效处理40h，能 够析出5~7皿的弥散Pt2Mo型超点阵相;在530°C时效处理40h，能够析出5~8皿的弥散Pt2Mo 型超点阵相；在570°C时效处理40h，能够析出6~8皿的弥散Pt2Mo型超点阵相；在490~570 °C范围外时效，无法析出P t 2Mo型超点阵相。
【主权项】
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Pt 2Mo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附-25Cr-6.5W-0.7~1.7Mo成分的合金，经过1200°C/24h均匀化、1260°C/0.5h固溶淬火的常规 热处理后，在490°C~570°C能够析出5~15nm的弥散Pt 2Mo型超点阵相。
【专利摘要】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。
【IPC分类】C22C19/05, C22F1/10
【公开号】CN105543566
【申请号】CN201510955270
【发明人】胡锐, 张铁邦, 李金山, 孔金涛, 钟宏
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月18日