Inconel 718合金是時效強化型鎳鐵鉻基高溫合金,由于其具有良好的高溫抗氧化性、耐蝕性以及熱穩(wěn)定性等高溫性能,被廣泛應用于航空航天、石油化工以及核能等領域。但是,Inconel 718合金在鑄造、焊接、激光熔覆過程中會發(fā)生Nb偏析,嚴重的Nb偏析會促進合金中形成大量的Laves相,Laves相屬于硬脆相,會大大降低合金的性能及后續(xù)均勻化熱處理難度�；诖�,本文采用第一性原理計算和實驗研究相結合的方法分析了Cu和Co對Inconel 718合金Nb元素偏析以及Laves相穩(wěn)定性的影響。對比摻雜前后合金的結構性質、彈性性質以及電子性質的變化,從微觀層面揭示了Cu和Co對Inconel 718合金Nb偏析及Laves相的影響機理;并采用XRD、SEM對試驗合金鑄態(tài)組織、Laves相形貌等進行了研究,檢測了摻雜前后合金熔點、硬度以及Laves相初熔溫度。得到以下結果:1.成功構建了Ni-Fe-Cr-Nb固溶體體系模型,第一性原理計算表明,Cu和Co元素皆能成功摻雜進Inconel 718合金基體中,形成穩(wěn)定的晶體結構,但是,由于摻雜元素的原子半徑、原子間相互作用等差異,導致摻雜體系發(fā)生了... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數】：65 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

γ相的晶體結構圖

Cu和Co對Inconel718合金Nb偏析及Laves相的影響2化相，γ′-Ni3(Al,Ti)相為輔助強化相，且含少量δ-Ni3Nb相、碳化物以及Laves相的時效強化型鎳基高溫合金。表1.2為Inconel718合金主要相的分子式、晶體結構與晶格常數[8-11]。表1.2Inconel718合金主要相的分子式、晶體結構與晶格常數相分子式晶體結構晶格常數/γNiFCC(Al)a=3.519γ′Ni3(Al、Ti)FCC(Ll2)a=3.570γ"Ni3Nb體心四方（DO22）a=3.624，b=7.406δNi3Nb正交有序（DOa）a=5.106，b=4.251c=4.550MXLaves(Nb,Ti)(C,N)(Ni,Fe,Cr)2(Nb,Ti,Si)FCC(Bl)六方密排結構a=4.43～4.44a=b=4.761，c=7.895（1）γ相γ（Ni、Fe、Cr）相是Inconel718合金的基體相，是合金元素溶入Ni晶格中所形成的的固溶體，如圖1.1所示，γ相的微觀結構屬于面心立方結構，Ni原子位于晶胞的頂點和面心位置。由于Al、Cr、Mo等元素在該基體中有較大的溶解度，元素固溶使基體相發(fā)生晶格畸變，這些元素增加了固溶體的點陣常數，達到固溶強化增強基體強度的效果。圖1.1γ相的晶體結構圖圖1.2γ′相的晶體結構（2）γ′相γ′（Ni3Al/Ti）相為Inconel718合金的輔助強化相，晶體結構如圖1.2所示，γ′相的微觀結構是Cu3Au型面心立方有序結構，其中，Al原子位于面心立方結構的八個頂點位置，Ni原子位于結構的面心位置。γ′相晶格常數與奧氏體基體相差

工程碩士學位論文3不大，錯位匹配度在0.05%～1.0%之間，并且錯位匹配度隨著溫度的升高而降低。γ′相與奧氏體基體共格，兩者之間界面能較低，有利于提高γ′相的穩(wěn)定性[12]。由于Inconel718合金中，Al、Ti的含量相對比Nb含量少很多，所以，γ′-Ni3Al/Ti相在合金中作為輔助強化相。（3）γ"相γ"（Ni3Nb）相是Inconel718合金中的主要強化相，其微觀結構為體心四方有序結構，其單胞結構如圖1.3所示，一個γ"相晶胞的結構可以看成一個1×1×2的γ′相超晶胞，Nb原子占據體心四方結構的八個頂點和體心位置，Ni原子則占據面心位置和平行于z軸的中心位置。γ"相相比于γ相，其晶格錯位匹配度較小，在基體中一般呈現圓盤狀彌散共格析出，γ與γ"之間有較大的點陣失調度，共格應力強化作用比較顯著，因此，γ"能使Inconel718合金獲得很高的屈服強度。γ"相在600~870℃之間析出，在732~760℃之間形成速度最快，而時效析出速度較慢[10,13-14]。γ"相是一種過渡相，屬于亞穩(wěn)相，在長時高溫環(huán)境作用下，γ"相會聚集長大且發(fā)生相變，轉變成穩(wěn)定的δ相，這就對材料的使用溫度有了很大的局限，使得Inconel718的使用溫度不能高于650~700℃。圖1.3γ"相的晶體結構圖1.4δ相的單位晶胞（4）δ相δ（Ni3Nb）相是Inconel718合金中γ"相的平衡相，γ"相在材料長期加工、時效和進行熱處理時就會發(fā)生相變轉變成δ相，如圖1.4所示，δ相其微觀結構為正交有序的DOa結構，屬于Cu3Ti型有序結構。δ相單位晶胞具有6個Ni原子和2個Nb原子,其坐標為：Ni(01/21/3)，(1/401/6)，(1/41/25/6)，(1/202/3)，(3/41/25/6)；Nb(1/21/21/3)，(002/3)。δ相在780~980℃之間析出，形成速度最快約為890~900℃[15]。δ相在較高溫度時析出時為晶內片狀，在較低溫度析出時呈胞狀。合金中

【參考文獻】：
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