GH4033高溫合金中主要合金元素及作用

GH4033高溫合金中主要合金元素有C、Cr、Ni、Al、Ti、B、Si、P、S等，它們對合金組織及性能影響較大。

①Ni為面心立方結(jié)構(gòu)，沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，相比于體心立方的鐵素體結(jié)構(gòu)，面心立方奧氏體結(jié)構(gòu)因原子擴(kuò)散能力小從而具有更高的高溫強(qiáng)度。同時，Ni具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，在500℃下基本不氧化，常溫下也不易受潮氣、水及某些鹽類水溶液腐蝕。與基體為Co、Fe 合金相比，Ni的相穩(wěn)定性好，從而使鎳基高溫合金可固溶更多的合金元素而不析出有害相。

②Cr 元素在鎳基合金中主要以固溶態(tài)存在于基體中，少量形成碳化物。Cr 的加入可以使固溶體的原子結(jié)合力提高，同時使原子的擴(kuò)散速率降低。尤其是Cr、Ni與氧結(jié)合形成的NiO-Cr2O3氧化膜。這種氧化膜，點(diǎn)陣常數(shù)小，原子之間排列比較緊密，與基體結(jié)合作用良好，不易破裂，使合金不易氧化，從而保證了GH4033 合金有的抗氧化性能與耐腐蝕性能。

③Ce是活性元素，在鎳基合金中分布于晶界及枝晶間隙區(qū)域，在S 含量較高的合金中易形成Ce2S3，改變原硫化物形態(tài)，改善合金的拉伸性能與沖擊性能，特別是橫向性能。而在含S量低合金中，主要對氣體產(chǎn)生內(nèi)吸附，凈化合金晶界，提高合金等溫強(qiáng)度，從而起到提高合金持久性能的作用。實(shí)驗(yàn)表明，Ce的加入量在0.025—0.050%拉伸塑性略有提高。

④C元素主要與GH4033合金中Cr元素形成碳化物，晶界碳化物一方面起到阻止晶粒長大，細(xì)化晶粒作用另一方面，使晶界附近Cr含量降低，從而使Al、Ti溶解度增加，產(chǎn)生了貧γ'區(qū)。故降低了蠕變抗力，使形變產(chǎn)生的晶界附近的應(yīng)力集中得到松弛作用。同時，碳化物顆粒本身就起到強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)的作用，延遲了裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展以及晶界的斷裂過程，從而提高了合金的持久壽命。但C含量過高，使合金晶界貧γ'區(qū)過寬，晶粒過于細(xì)化，持久性能反而下降；同時，若采用電爐單煉或電爐加自耗工藝，大量增加的碳化物會偏析嚴(yán)重，從而對合金性能產(chǎn)生不良影響。

⑤ Al和Ti是高溫合金中除Cr以外中最為基本的元素，它們是形成γ'相的主要元素。同時還是碳化物形成元素，如能形成穩(wěn)定地TiC。

⑥ 合金中加入Mo元素后，可以使Al、Ti和Cr在高溫下的擴(kuò)散速率降低，并增加擴(kuò)散激活能，使固溶體中原子結(jié)合力明顯增強(qiáng)。從而使鎳基高溫合金中γ相溶解溫度提高。

⑦ B元素的加入可以使其偏聚在合金晶界上，從而改變晶界鍵合狀態(tài)，增加結(jié)合力，強(qiáng)化晶界，進(jìn)而使合金高溫強(qiáng)度得到改善。

⑧S元素在合金中易偏聚于晶界，隨著含量增加，晶界處S含量增加，或以固溶形式存在，或生成Y相，從而降低了晶界能，使晶界強(qiáng)烈弱化，導(dǎo)致晶界容易在變形時滑移、開裂等，合金強(qiáng)度大幅度下降。

⑨P元素對合金性能影響具有雙重作用。一方面P元素加入合金中后會促進(jìn)Laves相形成，且白色塊狀Laves相含量隨著P元素含量升高而增加，形狀由小塊逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇髩K狀，合金的枝晶組織也隨之粗化。并且隨著P含量的增加Mo等合金元素偏析嚴(yán)重，Laves相含量增多。Laves相是一種脆性相，它可以作為變形過程中裂紋形核和擴(kuò)展的開端，使合金的塑性大幅度降低，導(dǎo)致材料斷裂，從而影響產(chǎn)品的正常使用。另一方面P原子加入基體后常偏聚于晶界，與B原子一致，可以改變晶界析出相的形態(tài)和晶界結(jié)合力，使合金晶界得到強(qiáng)化，從而提高晶界強(qiáng)度，這對變形高溫合金來說，適量的P含量可以改善合金的持久和蠕變性能。

⑩ Si原子具有較大的電負(fù)性，加入合金基體后常偏聚于晶界上，并與鄰近的原子形成強(qiáng)的共價鍵，使金屬鍵合力減弱，降低了合金晶界結(jié)合力，導(dǎo)致合金的高溫持久強(qiáng)度和蠕變性能大幅度下降。