簡(jiǎn)介：鋼及合金的物理化學(xué)相分析,盧翠芬教授鋼鐵研究總院分析測(cè)試研究所，北京，100081電話01062182644傳真01062182584,主要項(xiàng)目,鋼和合金分析的主要內(nèi)容鋼和合金相分析方法簡(jiǎn)介鋼和合金的析出相類型（微觀組織結(jié)構(gòu)）鋼和合金物理化學(xué)相分析方法物理化學(xué)相分析研究對(duì)象物理化學(xué)相分析在金屬材料研究中的作用,鋼和合金分析的主要內(nèi)容,元素分析結(jié)構(gòu)分析金屬表面及界面分析原位統(tǒng)計(jì)分布分析狀態(tài)分析力學(xué)性能的測(cè)試,元素分析,化學(xué)分析方法重量法、容量法、分光光度法、電化學(xué)法儀器分析方法原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜、原子質(zhì)譜、X射線熒光光譜、電子探針、能譜，以及碳、硫、氧、氮、氫等氣體分析,結(jié)構(gòu)分析,電子顯微鏡掃描電鏡、透射電鏡電子衍射X射線衍射,金屬表面及界面分析,俄歇電子離子探針X射線熒光輝光放電輝光光譜、輝光質(zhì)譜逐層物理化學(xué)相分析,原位統(tǒng)計(jì)分布分析,元素成分分布分析和偏析度分析樣品成分統(tǒng)計(jì)分布分析夾雜物定量分析和分布分析,狀態(tài)分析,析出相與夾雜物的物理化學(xué)相分析掃描電鏡能譜分析熱分析莫斯鮑爾效應(yīng)分析,鋼和合金相分析簡(jiǎn)介,決定鋼和合金的性能的因素相分析的內(nèi)容相分析的主要手段物理化學(xué)相分析物理相分析的定義物理化學(xué)相分析獨(dú)特之處物理化學(xué)相分析的局限性,決定鋼和合金的性能的因素,鋼和合金的性能,鋼和合金的化學(xué)成分,工藝冶煉、加工、熱處理,組織結(jié)構(gòu),,,,,,相分析的內(nèi)容,相分析主要是對(duì)相的形貌、形態(tài)、大小、分布、數(shù)量、結(jié)構(gòu)（晶體結(jié)構(gòu)、取向）、成分進(jìn)行研究的一個(gè)過(guò)程。,相分析的主要手段,物理化學(xué)相分析的定義,利用電化學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)的綜合手段來(lái)揭示鋼和合金的微觀組織結(jié)構(gòu)（指析出相）及其各析出相在鋼和合金中所占的含量和粒度分布比的一種分析方法。前蘇聯(lián)稱“物理化學(xué)相分析”日本稱“元素的狀態(tài)分析”,物理化學(xué)相分析獨(dú)特之處,用化學(xué)和電化學(xué)電解的方法溶解基體相，保留和提取第二相，從而消除基體的干擾。用各析出相的化學(xué)或電化學(xué)性質(zhì)的差別，進(jìn)行相的化學(xué)或電化學(xué)分離，獲取純的目的相。借助X射線衍射分析方法鑒定各析出相的類型（晶型組成、點(diǎn)陣常數(shù)）。借助X－射線小角散射儀的測(cè)定方法，可以分析所提取的析出相（一次顆粒）的粒度大小分布（例如測(cè)定析出相0600NM之間各分段區(qū)間內(nèi)大小顆粒所占的百分?jǐn)?shù)）。,物理化學(xué)相分析的局限性,不能研究相的形態(tài)及分布狀態(tài)（晶界、晶內(nèi)）。方法本身有自身不能克服的困難難以鑒定和準(zhǔn)確測(cè)定粒度極細(xì)的相,059時(shí),M3C正斜方晶系（正交晶系），MFE、CR、MN、W、MO、V；CC、B；M23C6面心立方晶系，MFE、NI、CO、MN、CRM1小原子半徑，W、MO、V、ZRM2大原子半徑，NB、TA、TI則不溶；CC、B；M7C3三角晶系（六方晶系），主要為CR7C3,其CR可被FE、MN、NI、MO、V取代一部分。（FECR）7C3中FE能占60％以上；M6C面心立方晶系，M′小原子半徑FE、CR、MN、NI、CO、V，M大原子半徑MO、W、ZR、NB、TA、TI。按固溶元素的多少可分為M3′M3CΗ1、M2′M4CΗ2、M6′M6C缺碳M6C相，Η。,碳化物碳原子半徑/金屬原子半徑＜059時(shí),TIC多分布在晶界上，呈不規(guī)則形狀。13500C以上，固溶處理也不能完全固溶。8000C以上，在晶內(nèi)以彌散狀析出。TIC能溶入大量的MO、W、V、NB、TA、N,但不能溶入FE、CO、NI；NBC在含NB鋼中經(jīng)常出現(xiàn)NBC相，一般彌散分布在晶內(nèi)，可限制晶粒粗化。合金中的一次NBC相不穩(wěn)定，經(jīng)熱處理后轉(zhuǎn)變?yōu)镸23C6相；VC在5000C回火時(shí)析出，VC不溶解FE、CO、NI,可溶入＞30CR以及大量的MO和W。在13500C時(shí)溶入奧氏體。釩鋼中常形成缺碳式的V4C3（細(xì)?。?氮化物,形成氮化物能力（穩(wěn)定性）排列如下NB＞TI＞V＞CR＞MN＞FE,簡(jiǎn)單間隙相結(jié)構(gòu)的氮化物,FEN、FE2N、FE4N、CRN、CR2N、VN、TIN、ALN。,復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氮化物,Z相（NBCRN）四方晶系；BN，六方晶系；Δ－WN，六方晶系；Β－NB2N，六方晶系；FE2N，正交晶系；Ε－FE3NFE2N，六方晶系；,Γˊ－FE4N，立方晶系；CR2N，密排六方晶系；CR,FE2N1X，六方晶系；CRMONX1X2，六方晶系；MN4N，立方晶系；?。璖I3N4,ΒSI3N4，六方晶系；,Β型氮化物FE,NI8XCR,MO12XN4Y，立方晶系,硫化物,MNFES，立方晶系。MNS，立方晶系。CAS，立方晶系。FE1XS，六方晶系。M2CS，Y相，六方晶系。,磷化物,FE3P,硼化物,四方晶系M3B2、FE2B、FECR2B、CR2B、TI2B、ΔMOB、MO2B、CRNI5B4M5B4、CRNI4B3正交晶系FEB、CRB、TIB、NI3B六方晶系CRB2、TIB2、MOB2,金屬間化合物,幾何密排相－稱為GCP相拓?fù)涿芘畔啵Q為TCP相,常見金屬間化合物,續(xù)表,鋼和合金物理化學(xué)相分析方法,分解基體，提取第二相?；旌舷噙M(jìn)行分離。對(duì)提取或分離的相進(jìn)行X－射線衍射相鑒定。相中各元素的測(cè)定，計(jì)算各相的量及組成結(jié)構(gòu)。X射線小角散射法測(cè)定析出相的粒度分布。,相的提取方法,置換法鹵素法酸溶法電解法,第二相的電解提取方法,原理合金試樣作為陽(yáng)極，在外電場(chǎng)作用下與電解液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，利用不同相（基體，化合物）穩(wěn)定電位的差別電解提取目的相。穩(wěn)定電位取決于基體和相與溶液雙方的性質(zhì)，在同一溶液中，不同金屬基體和相具有不同的穩(wěn)定電位，它們可以通過(guò)恒電位儀進(jìn)行測(cè)定。方法恒電流電解法恒電位電解法,①恒電位儀②電解槽③過(guò)濾瓶圖1恒電位電解裝置,合金基體,,?！洇ァ濡B2NBCG,,合金基體,Γ′,Ε″ΕAB2NBCG,相的分離方法,化學(xué)分離方法電化學(xué)分離方法物理方法（很難定量）磁選法比重法,相的X射線衍射鑒定,電解提取或相分離得到的粉末進(jìn)行X射線衍射相鑒定，以達(dá)到以下目的確定析出相的類型及點(diǎn)陣常數(shù)檢驗(yàn)選擇的相提取或分離方法的效果,析出相的粒度分布測(cè)定X射線小角散射法,方法的特點(diǎn)為測(cè)定對(duì)象是經(jīng)電解提取或相分離得到的粉末，消除了基體或共存相的干擾。所用的X射線的波長(zhǎng)僅01NM左右，所測(cè)顆粒為一次顆粒（原顆粒）。測(cè)量信息來(lái)自1091011個(gè)顆粒，測(cè)定結(jié)果具有充分的統(tǒng)計(jì)代表性，數(shù)據(jù)的重復(fù)性好。測(cè)定范圍1NM300（600）NM。,物理化學(xué)相分析研究對(duì)象,碳鋼和低合金鋼高速鋼磨具鋼耐熱鋼高強(qiáng)鋼不銹鋼高溫合金銅合金,鈦合金鎂合金鋁合金難熔合金記憶合金逐層相分析堆焊金屬材料,碳鋼和低合金鋼,碳鋼，低合金鋼，珠光體鋼和馬氏體鋼（M3C、M7C3、M23C6、MC等）。微合金化鋼M3C、VC、TIC、NBC、MCN、MN等。含CR5的鋼（碳化物、氮化物、金屬間化合物）。含石墨碳鋼和合金化鑄鐵（碳化物、氮化物、石墨、氧化物、硫化物）。FEALSICΕ相、FE3ALCX。奧氏體高錳鋼（M3C、M7C3,MNS）。低合金錳鋼VCN、VC、Α相。含12％CR的馬氏體鋼和以碳化物強(qiáng)化的奧氏體鋼。,高速鋼,W9MO3CR4V日本SKH9西德M2國(guó)產(chǎn)M2、W18高碳加氮，高氮9CR13MO3CO3NB2V粉末冶金高速鋼等常見的析出相為，M6C、MC、M23C6、M7C3、M2C、MCN、M3C、M2CN等。,磨具鋼,P20P37CT調(diào)質(zhì)鋼高CO稀土熱作磨具鋼常見的析出相為Μ、LAVES、MC、M2C、M23C6、M6C、M7C3、FE3C等。,耐熱鋼,新型FECR2MO09鋼CRMOV鋼鋼新型鉄素體耐熱高強(qiáng)度鋼CRMNN鋼01C18CR9NI3CUNBN鋼（有富銅相）CRNINRE鋼G102、G106鋼,常見的析出相為M2CN、M6C、M23C6、M7C3、MN、MC、AB2、M3C等。,高強(qiáng)鋼,C02NI9CR2MO1CO鋼FECR2MO1鋼15－5PH鋼（加CU）,常見的析出相為FE3C、CRN、M23C6、M2CN、M7C3、M6C等。,不銹鋼,CR18NI181CR18NI9TI1CR12MO馬氏體00CR16NI65MO1600CR25NI35ALTI2RE6900CR25NI22MO24雙相（?。璅E,Γ）不銹鋼,常見的析出相為，Σ、M23C6、CR2N、M7C3、TICN、TIN、TIC、TI2CS、ΑMNS、M6CM12C等。,高溫合金,鑄造合金變形合金,鎳基合金鐵基合金鐵鎳基合金鈷基合金,銅合金,CUBIAG,CUBICO合金，第二相為BI、CU、CEO2、ΑBI2O3、AG。CUNIALTICRSIFE系合金，第二相為Γ′、NI7TI2SI3和?。瑿R。,鈦合金,鈦合金中主要生成Α和Β相。TICRTISITIMO合金（TI5SI3、TIC等）,鎂合金,MGALMGZNMGLIMGALZNMN,常見的析出相為MG17AL12、ALFE、AL5FE2、ALMN、AL8MN5、ZR3AL、ZNAL、ΒMN、CEO2等。,鋁合金,ALCUMG系2024鋁合金有AL2CU相、AL7CU2FE相；ALMNNIAL6MN、AL3NI、AL60MNNI4相；ALMNFEAL6MNFE相；ALCONIAL3NI、AL9CO2相。ALCRZNAL7CRZN、AL7CR相。,難熔合金,鉬基合金以碳和鈦?zhàn)澹╖R、HF、TI），釩族（V、NB、TA）的強(qiáng)碳化物形成元素進(jìn)行化合，析出相為M2C、MC相。PMT2C鉬基合金，第二相為MC、M2C相，ZRO2、LA2ZR2O7及2ZRO2LA2O3復(fù)合氧化物夾雜。鎢基合金WMO系，電燈上的鎢絲，第二相為WO2、W2O5、WO3、W2C、WC、MC、ZRC、NBC、氧化物夾雜等。,難熔合金,鈮基合金析出相MC、M2CN、ΒNB2C等。NBZR、TI、HFNBV、TANBCR、MO、W,難熔合金,鉻基合金CRNBMOWC系CRMOFEWC系CRMONBC系CRMOTAFEC系,析出相MC、CR2N、CRN、CR23C6、CR7C3、FECR2MOTATI、CR3NB3C等。,記憶合金,CUZNAL記憶合金，析出相Α、Β相；SMACO記憶合金，析出相Γ、M23C6、LAVES、G、Σ、TICN、NBC等相；FE31NI10CO3TI形狀記憶合金，?！銷ICOFE3TI相的析出規(guī)律對(duì)合金馬氏體相變組織、力學(xué)行為及形狀記憶效應(yīng)的影響。,逐層的物理化學(xué)相分析,采用電化學(xué)方法（電解拋光、電解浸蝕），通過(guò)改變電解條件，尤其是改變電流密度和電解時(shí)間的方法，取下比較均勻的、給定厚度的表層。對(duì)一系列薄層中的第二相進(jìn)行X射線衍射相鑒定及定量相分析。,例滲氮鋼的逐層相分析,采用逐層相分析法，可確定馬氏體和奧氏體鋼隨滲氮層深度不同其耐蝕性不同的原因。,鋼的滲氮層表面層為耐蝕性較低的區(qū)域；中間層為耐蝕性較高的區(qū)域；更深層為耐蝕性低的區(qū)域。,例高CR滲氮鋼表面層的相組成,氮化物中的鉻,固溶體中的鉻,氮化物中的氮,固溶體中的氮,不耐蝕區(qū),高CR滲氮鋼逐層相分析結(jié)果,表面層存在大量以鐵為基的相，其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，導(dǎo)致該層耐蝕性較低；深度至017MM的滲氮層由三相組成FECRCN、CRN、富氮富鎳固溶體,其氮化物總量為30％，有較高的耐蝕性；017022MM滲氮層，氮化物顯著減少，固溶體中氮減少，鉻未增加到所需濃度，導(dǎo)致該層耐蝕性低。更深一層固溶體中鉻含量≥15％，其耐蝕性高。,堆焊金屬材料,可在一個(gè)狹窄的表面區(qū)域或?qū)⒛覆南魅ヂ冻龊笇?，進(jìn)行相的離析和溶解及定量分析。母材的表面不用分析的部分可用石蠟或用聚氯乙烯硬質(zhì)601粘合劑密封。,鋼和合金物理化學(xué)相分析在金屬材料研究中的作用,改進(jìn)或確定合金的成分進(jìn)行合金組織及組織穩(wěn)定性的研究確定合金的熱處理制度了解合金元素的作用和合金強(qiáng)化機(jī)理合理選擇加工工藝參數(shù)合金材料使用后時(shí)效分析和事故分析對(duì)仿制國(guó)外材料具有重要的指導(dǎo)作用,改進(jìn)或確定合金的成分,例1某不銹鋼中鎳含量的確定例2GH128合金的碳含量和鐵含量的確定,例1某不銹鋼中鎳含量的確定,某不銹鋼具有良好的抗應(yīng)力腐蝕性能，其金相組織呈現(xiàn)較多的第二相Σ、Η（缺碳M6C）、M23C6、NBC等。850℃受熱后第二相嚴(yán)重析出，此時(shí)合金的沖擊韌性顯著下降。提高鎳含量能有效的減少Σ相生成，但同時(shí)會(huì)增大碳在奧氏體中的活度，當(dāng)合金在高溫或中高溫受熱時(shí)更易析出M23C6、NBC相。查明鎳含量對(duì)各相量的影響，選擇合適的鎳含量減少不利相（Σ相）的量，必須進(jìn)行定量相分析，相分析其結(jié)果如圖所示。,25NI,35NI,25NI,35NI,35NI,25NI,25NI,35NI,某不銹鋼相分析結(jié)果的討論,鎳含量為35％時(shí)，合金在通常焊接溫度受熱情況下，Σ相析出量小于005％，即使在850℃受熱15H，也比含25％鎳合金的Σ相的量小10倍。此時(shí)M23C6的最大析出量（700℃）也有所下降，M6C最大析出量（850℃）并無(wú)變化。力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，合金含35％鎳比含25％鎳時(shí)，其沖擊韌性值有很大改善。,例2GH128合金中碳含量和鐵含量的確定,碳含量的確定鐵含量的確定,GH128合金中碳含量對(duì)析出相的影響,ΣB（室溫）,Δ（室溫）,ΣB（950℃）,結(jié)果討論（碳含量）,碳含量增加，一次碳化物迅速增多，而二次碳化物顯著減少，使晶界上形成不成鏈狀碳化物。合金固溶處理，其組織為Γ固溶體和M6C型一次碳化物，時(shí)效后，碳低的合金為Γ固溶體和一次、二次M6C。當(dāng)碳含量≥0046％時(shí)，合金析出了Μ相，并隨著碳量增加而增多。碳含量增加，室溫拉伸強(qiáng)度提高，延伸率下降，高溫強(qiáng)度和高溫持久強(qiáng)度明顯下降。碳含量應(yīng)控制在005％以下。,總量,Μ相,M6C相,固溶900℃100H固溶,,,,ΣB（20℃）,Δ（20℃）,ΣB（950℃）,結(jié)果討論（鐵含量）,合金經(jīng)固溶處理后，隨著鐵含量增加，其室溫和高溫拉伸強(qiáng)度基本不變，持久壽命逐漸下降，當(dāng)鐵增至1386％時(shí)，持久強(qiáng)度又有回升現(xiàn)象。合金經(jīng)900℃100H時(shí)效后，室溫拉伸強(qiáng)度有所提高，室溫拉伸塑性隨鐵含量的增加而顯著降低。相分析結(jié)果表明，上述性能的變化主要是Μ相的影響。Μ相析出量隨鐵含量增加而迅速增多，使基體強(qiáng)化元素貧化，其顆粒也逐漸增大（金相觀察），因此GH128合金的鐵含量應(yīng)盡量低一些。,進(jìn)行合金組織及組織穩(wěn)定性的研究,例1鐵基固溶強(qiáng)化高溫合金例2GH128合金的組織穩(wěn)定性,例1GH131鐵基固溶強(qiáng)化高溫合金,鐵基固溶強(qiáng)化高溫合金，很難避免時(shí)效傾向，在工作溫度受熱一定時(shí)間，其W、MO等強(qiáng)化元素易與鐵生成LAVES相或Μ相。這既造成這些元素在基體中貧化，又可能因TCP相的產(chǎn)生使合金機(jī)械性能惡化。為此，弄清相的析出規(guī)律及其與性能的關(guān)系，是保證材料可靠使用的重要依據(jù)。,,,≈,≈,≈,固溶,總量,LAVES相,Z相,NBC,M6C,,,總量,LAVES相,Z相,M6C,NBC,,≈,固溶,,Δ5,LAVES相,≈,固溶,800,600,700,900,400,GH131合金相分析結(jié)果討論,合金中存在四個(gè)相,LAVES、Z、M6C、NBC。隨時(shí)效溫度增高LAVES相變化顯著，Z、M6C、NBC相均與固溶狀態(tài)試樣差別不大。合金在800℃200H時(shí)效后，析出相的種類和數(shù)量才穩(wěn)定，200H以前主要相變也只是LAVES相的不斷析出。室溫拉伸Δ5％最低者正是LAVES相最多時(shí)，LAVES相析出使室溫塑性降低給部件修理帶來(lái)困難，但是LAVES相對(duì)高溫塑性卻有利。預(yù)先時(shí)效對(duì)合金在高溫使用是必要的。此外，可以采取重新固溶的方法使LAVES相回溶入基體，再次固溶處理可使Δ5％值從153回復(fù)到385％，借此可以克服室溫修理加工中材料變形等麻煩。,例2GH128合金的組織穩(wěn)定性,GH128合金是我國(guó)自行研制成功的一種固溶強(qiáng)化鎳基高溫板材合金，為合理的使用該合金，除了進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試外，還采用物理化學(xué)相分析方法研究了該合金第二相溶解析出規(guī)律及組織穩(wěn)定性。,M6C,TIN,M23C6,≈,≈,,,≈,固溶,M6C900℃,M6C700℃,TIN,M23C6,,≈,,固溶,GH128合金相分析結(jié)果討論,GH128合金在固溶狀態(tài)下只有M6C、TIN二相。700℃－800℃時(shí)效過(guò)程中沿晶界（金相觀察）析出微量M23C6，800℃以上除TIN外，只有少量的M6C（15％）相析出，析出量基本穩(wěn)定，當(dāng)至1100℃時(shí)，M6C相開始溶入基體。TIN基本不變。GH128合金析出相簡(jiǎn)單，析出相的量較少，析出相非常穩(wěn)定，因此該合金在700－1000℃廣泛溫度范圍內(nèi)可長(zhǎng)期使用。,確定合金的熱處理制度,例1GH907合金不同冷卻工藝下析出相的變化規(guī)律例2電渣熔鑄渦輪盤GH136合金的熱處理制度的制定,例1GH907合金不同冷卻工藝下析出相的變化規(guī)律,采用物理化學(xué)相分析研究GH907合金在不同冷卻工藝下試樣中的析出相的變化規(guī)律，可指導(dǎo)其冷卻工藝的制定。,油冷,空冷,爐冷,水冷,水冷,油冷,空冷,爐冷,Ε″Ε,AB2,GH907合金相分析結(jié)果討論,Γˊ相以空冷最高，Ε″＋Ε,AB2相均以水冷最高，MC相基本不變。采用1040℃與980℃1H空冷的制度，經(jīng)上述處理之后的GH907合金都具有較好的綜合力學(xué)性能，是因?yàn)槌浞职l(fā)揮了Γˊ和Ε″＋Ε的強(qiáng)化作用，其中Ε″＋Ε有利持久性能的提高。,例2電渣熔鑄渦輪盤GH136合金的熱處理制度的制定,?！?Η,AB2M3B2,M3B2中硼,TICTICN,鑄態(tài),1200,1100,1000,900,?！?Η,M3B2中硼,AB2M3B2,TICTICN,?！?Η,AB2,TIC,Ⅲ,Ⅰ,Ⅳ,Ⅱ,GH136合金合金相分析結(jié)果討論,隨淬火溫度的升高，鑄態(tài)冷卻過(guò)程中析出的Γˊ相逐漸溶解，≥950℃全部溶入基體；900－1020℃范圍內(nèi)淬火，析出Η相（魏氏體），1050℃Η相基本溶入基體。間隙相在不同淬火溫度區(qū)間數(shù)量變化不大，但高于1150℃，有向基體回溶的趨勢(shì)，但直到1200℃淬火也不能全部溶入基體中。時(shí)效溫度對(duì)Γˊ和Η相的數(shù)量變化影響較大，750℃時(shí)效時(shí)Γˊ最多，而兩種Η相（群體Η和魏氏體Η）總量在900℃時(shí)效達(dá)到最多。間隙相隨時(shí)效溫度不發(fā)生變化。熱處理過(guò)程中主要是Γˊ和Η相發(fā)生變化，Γˊ是主要強(qiáng)化相，Η群體相導(dǎo)致合金強(qiáng)度和缺口持久性能下降，Η魏氏體相導(dǎo)致合金強(qiáng)度下降但不影響塑性。在我們研究GH136合金中凡是熱處理后出現(xiàn)Η相之后，室溫強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性、高溫持久壽命、低循環(huán)疲勞性能都降低。從斷口觀察可以看到裂紋都是沿Η相發(fā)展的。因此在制定熱處理制度時(shí)，淬火溫度應(yīng)高于Η相溶解的溫度，時(shí)效和使用溫度應(yīng)低于Η相的析出溫度。在1050℃4H油淬，700℃或稍高一些溫度時(shí)效32H時(shí)，沒有Η相的析出，這就可作為GH136合金的熱處理制度。,了解合金元素的作用和合金強(qiáng)化機(jī)理,例1研究鈮對(duì)GH151合金的強(qiáng)化作用例2某些元素的含量對(duì)GH907合金中析出相的影響,例1研究鈮對(duì)GH151合金的強(qiáng)化作用,CH151合金中加入NB，可顯著提高合金的高溫持久強(qiáng)度。相分析指出，合金在熱處理狀態(tài)下的組織，由Γ、Γ′、MC、M6C、M23C6等相組成。鈮是通過(guò)Γˊ還是NBC或通過(guò)固溶體來(lái)強(qiáng)化的呢這就需要研究NB在各相中如何分布。這是一般化學(xué)元素分析結(jié)果不能解決的問(wèn)題，必須用物理化學(xué)相分析方法將各相定量提取并一一分離，定量測(cè)定各相中各組成元素的量，由此計(jì)算出合金元素在各相之間的分布。,950℃20KG/MM2,GH151合金合金相分析結(jié)果討論,NB主要分布在Γˊ和NBC中，而固溶體中只有很少一點(diǎn)002％。因此可以確定NB不是通過(guò)強(qiáng)化基體來(lái)提高高溫強(qiáng)度的。NB含量0213％，在碳極低時(shí)，合金中NBC很少015％，而Γˊ中NB隨合金中NB量增加而明顯增加，Γˊ相量增多，Γˊ相中NB的濃度增加（0284％），合金持久性能也隨Γˊ相中NB的濃度增加到25％而達(dá)到最高值。再提高Γˊ相中NB的濃度，持久壽命反而下降。合金中碳增加005017％，NBC中NB的含量由025139％，而合金850℃時(shí)持久性能保持在相近的水平，不隨NBC數(shù)量變化而變化。結(jié)論NB主要是通過(guò)Γˊ相來(lái)強(qiáng)化合金；NB在Γˊ相中的濃度為25％時(shí)該合金的持久強(qiáng)度最高。,例2某些元素的含量對(duì)GH907合金中析出相的影響,為了探討GH907合金在相同熱處理制度（980℃1H空冷＋775℃12H到→620℃8H空冷）下，不同SI、AL、NB、TI含量對(duì)析出相的影響作用而進(jìn)行物理化學(xué)相分析。,,,?！?,Ε″Ε,AB2,G,,Γ′,,,Ε″Ε,AB2,?！?Ε″Ε,AB2,Γ′,Ε″Ε,AB2,GH907合金合金相分析結(jié)果討論,相分析結(jié)果表明在相同的熱處理?xiàng)l件下，不同SI、AL、NB、TI含量對(duì)析出相地影響是非常大的，我們?cè)谥贫ㄔ摵辖鸪煞址秶鷷r(shí)應(yīng)該注意充分發(fā)揮有利于Γˊ的形成和增加的合金元素范圍，現(xiàn)大致已確定無(wú)鉻低膨脹高溫合金GH907的主要成分為（％）C002、SI017、NI38、CO14、NB47、TI15、AL02、鐵余量。,合理選擇加工工藝參數(shù),一般正常的熱加工方法所選擇的熱加工溫度應(yīng)高于一次相的溶解（強(qiáng)化相溶解）低于晶界過(guò)燒和共晶熔化的溫度，即在合金塑性最好溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行熱加工，因此這種正常熱加工方法的加熱溫度要求高些，時(shí)間也要長(zhǎng)些，還有嚴(yán)格控制不能過(guò)高。通過(guò)物理化學(xué)相分析，可以確定某析出相的析出溫度范圍以及析出峰的溫度，從而制定正確的溫加工工藝。,例GH169合金加工工藝參數(shù)的制定,GH169合金主要依靠?！搴挺（@強(qiáng)化，?！逑嗍且环N亞穩(wěn)定相，容易過(guò)時(shí)效，當(dāng)時(shí)效溫度超過(guò)700℃以上就要轉(zhuǎn)化為Δ－NI3NB（正交晶系），此相呈薄片狀，使合金強(qiáng)度降低。如果利用特殊的加工方法在Δ－NI3NB相大量析出的溫度下進(jìn)行變形加工，破碎Δ相，可得到很細(xì)的晶粒，使有害相變?yōu)橛欣啵瑥亩岣吆辖鸬哪承┬阅?。這里就需要利用物理化學(xué)相分析的方法，首先找出Δ－NI3NB相的析出溫度范圍以及析出峰的溫度來(lái)制定正確的溫加工工藝。,ΔNI3NB,?！?01110100,GH169合金合金相分析結(jié)果討論,通過(guò)相分析結(jié)果確定Δ－NI3NB相的析出峰溫度為900℃，溶解溫度為1050℃，因此可以根據(jù)Δ－NI3NB相的析出規(guī)律確定合理的溫加工溫度，以得到細(xì)化的晶粒。,900℃,,,溫度,最低再結(jié)晶溫度,Δ相溶解溫度,沉淀片狀,溫加工,再結(jié)晶,時(shí)效,ⅠⅡⅢⅣ,,合金材料使用后時(shí)效分析和事故分析,例熱電廠的耐熱鋼主蒸汽管,例1熱電廠的耐熱鋼主蒸汽管,熱電廠的耐熱鋼主蒸汽管及其它高溫合金部件，在高溫高壓下長(zhǎng)期運(yùn)行，其熱強(qiáng)性能逐漸下降，甚至發(fā)生爆管或斷裂的嚴(yán)重事故。經(jīng)物理化學(xué)相分析證明耐熱鋼性能下降與鋼中合金元素在不同類型碳化合物中的含量變化有關(guān)。準(zhǔn)確可靠地測(cè)定合金元素在不同類型碳化物相中的含量已成為搞好熱電廠高溫金屬材料監(jiān)督工作的重要測(cè)試手段。,碳化物中CR,碳化物中MO,045154107675150000原始段二次切割段四次切割段五次切割段,固溶體中CR,固溶體中MO,M3C,M2CM6C,M7C3M23C6,045154107675150000原始段二次切割段四次切割段五次切割段,耐熱鋼主蒸汽管相分析結(jié)果討論,鋼中合金元素在固溶體和碳化物相之間發(fā)生了顯著再分配，即固溶體中合金元素CR、MO貧化，碳化物中CR、MO相應(yīng)的富集，MO向碳化物轉(zhuǎn)移速度最快。當(dāng)運(yùn)行10萬(wàn)多H后，轉(zhuǎn)移速度減緩下來(lái)。主蒸汽管原始段中M3C相占碳化物總量的902％，但該相不穩(wěn)定，隨長(zhǎng)期運(yùn)行（15萬(wàn)H，失效）M3C相占碳化物總量的百分?jǐn)?shù)降至796％。M2CM6C，其趨勢(shì)（占碳化物相總量）是增加的（85％172％）。M7C3M23C6，其趨勢(shì)（占碳化物相總量）雖然是增加的（12％64％），但比起M3C、M2C＋M6C相，其變化不是那么顯著。從上述分析表明鋼在運(yùn)行中相的含量和相的組成結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致鋼的持久強(qiáng)度和蠕變極限逐漸降低。107萬(wàn)H，510℃時(shí)，持久強(qiáng)度由原始235㎏/㎜2降至124㎏/㎜2，15萬(wàn)H后降至105㎏/㎜2。107萬(wàn)H，510℃時(shí)，蠕變極限強(qiáng)度由原始100㎏/㎜2降至75㎏/㎜2，15萬(wàn)H后降至728㎏/㎜2。為了安保，考慮到強(qiáng)度下降，我們需要更換新的鋼管。,對(duì)仿制國(guó)外材料具有重要的指導(dǎo)作用,例GH648合金的研制GH648合金是仿制蘇聯(lián)ЭП648鎳基合金的一種時(shí)效沉淀強(qiáng)化型變形高溫合金。
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