难熔元素对Co-Ti-V系合金组织与性能影响

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本研究在Co-6Ti-11V基高温合金的基础上,加入不同含量水平的W、Mo、Cr、Mn和Nb五种难熔元素(文中元素含量均为原子百分比),利用XRD、SEM、TEM、DSC和高温压缩等测试和表征手段,研究了这五种难熔元素对Co-Ti-V系高温合金γ′相形貌和大小、γ/γ′两相晶格错配度、元素在γ/γ′分配行为、γ′相溶解温度以及合金的高温强度的影响。主要研究结果如下:在Co-6Ti-11V基体合金中分别加入1%(文中均为原子百分比)以内的W和Mo元素,合金经过1100×48h的固溶与870×72h时效处理后,合金主要析出相为γ相与γ′相,并无其它相析出。当W含量超过3%或Mo元素超过2%时,合金中析出了大量针状相Co3V。当Mo含量增大时,γ/γ′两相错配度变化很小。而当W元素增加,其错配度则呈现缓慢增大的趋势。Ti、W元素分配系数KX大于1,表明其在γ′相中分配较多,为γ′相形成元素。Co元素分配系数略小于1,表明其在γ相中分配较多,为γ相形成元素。V元素基本平均分配在两相中,W含量对其影响较小。Mo含量对V的分配有明显影响,Mo含量0.5%时,V的分配系数为1.43,含量为1%时,分配系数为0.96,略偏向于向γ相富集。Mo元素的分配情况则随着Mo素含量的变化而变化,含量0.5%时,分配系数为1.33,含量为1%时,分配系数为0.86。当W含量增加时,合金在900高温压缩屈服强度与极限强度呈现先增加后快速减小的趋势,1W最高,3W则最低。当合金中Mo元素含量增加时,其高温压缩后的屈服强度与极限强度则呈现先减小后增大的趋势,2Mo合金达到最大。基体合金中γ′相溶解温度为1061,当加入1%的W元素后,使合金的γ′相溶解温度提高了22。当1%的Mo元素添加到基体合金中后,1Mo合金的γ′相溶解温度提高到了1091,超出基体合金30。在Co-6Ti-11V基体合金中分别加入5%以内的Mn元素和6%以内的Cr元素,合金经过热处理后呈现为γ相与γ′相的两相结构,无其他相析出。当合金中Mn和Cr元素增加时,其错配度均出现不同程度的降低,Cr降低错配度的作用比较小,3Mn合金相比基体合金晶格错配度则出现大幅下降。Ti、V元素在γ′相中分配较多,为γ′相形成元素。Co、Mn、Cr元素在γ相中分配较多,稳定γ相。此外,Mn和Cr元素能够在一定程度上促进Ti、V元素向γ′相富集。合金在900高温压缩的屈服强度与极限强度伴随Mn元素含量的增加,呈现先减小,然后在5Mn时增大的趋势。Cr元素对合金的高温压缩性能影响不是很显著,甚至在2Cr时出现最大值,继续增加Cr的含量则呈降低趋势。Cr元素的加入能够小幅度的提高γ′热稳定性,2Cr合金的γ′相溶解温度为1067,6Cr合金到1074,高出基体合金13。而Mn元素的加入降低了合金γ′相热稳定性,1Mn与3Mn合金的γ′相熔点分别为1059与1055。小于2%的Nb元素时,不同Nb含量合金经过固溶与时效处理后主要析出相为γ相与γ′相,并无其它相析出。当Nb的含量增加到3%时,合金中还析出了针状相Co3V。Nb元素的分配系数大于1,为γ′相形成元素,并且,当合金内Nb元素占比增加时,Nb、Ti和V元素的分配系数也在增加,说明Nb元素能够促进Ti和V元素向γ′相中分配。随着Nb含量的增加γ′相体积分数呈现增大的趋势,但其γ′相平均尺寸呈现先增大后减小趋势。Nb缓慢提高合金中两相的错配度,3Nb时错配度达到0.86%。Nb添加提高合金的γ′热稳定性,1Nb的γ′溶解温度达到1095。当合金内Nb含量增加时,合金在900高温压缩屈服强度与极限强度也在不断增加,3Nb合金的屈服强度与极限强度为五种合金中最高,屈服强度达到496MPa。
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