[发明专利]一种铸造镍基合金的相分计算方法

权利要求书

1.一种铸造镍基合金的相分计算方法，其特征在于：相分计算步骤如下：

1.1、分析铸造镍基合金化学成分：对铸造镍基合金进行化学成分分析，实测出铸造镍基合金中以下各元素的质量百分数，需要分析的为：C、Mn、Cr、Mo、V、Co、Al、Ti、B、Fe、W、Nb、Hf、Ta、Zr、Ni，得到铸造镍基合金的元素成分表，计算得到铸造镍基合金各元素的重量百分数，忽略铸造镍基合金化学成分中质量百分数不大0.001%的杂质元素；

1.2、确定铸造镍基合金各元素的初始原子分数：将铸造镍基合金各元素的重量百分数除以相应元素的原子量，得到各元素的摩尔数，对摩尔数进行数值归一处理后，得到相应元素的初始原子分数；数值归一处理的方法是：用铸造镍基合金中各元素的摩尔数分别除以所有元素的摩尔数总和得到的百分数为各元素的初始原子分数；

1.3、确定形成硼化物后铸造镍基合金成分的原子分数：按照下述方法之一确定形成硼化物后铸造镍基合金成分的原子分数：

1.3.1、若铸造镍基合金中含有Ti元素，则硼化物的成分式为：

（Mo_0.5Ti_0.15Cr_0.25Ni_0.1）₃B₂；

Mo元素形成硼化物后的原子分数M_Mo为：

M_Mo=F_Mo-F_B÷2×0.5×3；

式中，F_Mo为钼元素形成硼化物前的原子分数，F_B为硼元素形成硼化物前的原子分数；

Ti元素形成硼化物后的原子分数M_Ti为：

M_Ti=F_Ti-F_B÷2×0.15×3；

式中，F_Ti为钛元素形成硼化物前的原子分数；

Cr元素形成硼化物后的原子分数M_Cr为：

M_Cr=F_Cr-F_B÷2×0.25×3；

式中，F_Cr为铬元素形成硼化物前的原子分数；

Ni元素形成硼化物后的原子分数M_Ni为：

M_Ni=F_Ni-F_B÷2×0.25×3；

式中，F_Ni为镍元素形成硼化物前的原子分数；

1.3.2、若铸造镍基合金中不含有Ti元素，则硼化物的成分式为：

（Mo_0.55Cr_0.30Ni_0.15）₃B₂；

Mo元素形成硼化物后的原子分数M_Mo为：

M_Mo=F_Mo-F_B÷2×0.55×3；

式中，F_Mo为钼元素形成硼化物前的原子分数；

Cr元素形成硼化物后的原子分数M_Cr为：

M_Cr=F_Cr-F_B÷2×0.30×3；

式中，F_Cr为铬元素形成硼化物前的原子分数；

Ni元素形成硼化物后的原子分数M_Ni为：

M_Ni=F_Ni-F_B÷2×0.15×3；

式中，F_Ni为镍元素形成硼化物前的原子分数；

1.4、确定形成一元碳化物后铸造镍基合金成分的原子分数：C元素与铸造镍基合金中金属元素Zr、Hf、Ta、Nb、Ti形成一元碳化物的优先顺序为:ZrC,HfC,TaC,NbC,TiC；设定铸造镍基合金中C元素初始原子分数含量的一半形成一元碳化物,则形成一元碳化物后所剩余各元素的原子分数为：

1.4.1、Zr元素形成一元碳化物后的原子分数M_Zr为：

若F_C÷2≤F_Zr,则M_Zr=F_Zr-F_C÷2×1;

式中，F_Zr为锆元素形成硼化物前的原子分数；

若F_C÷2＞F_Zr,则M_Zr=0;

1.4.2、Hf元素形成一元碳化物后的原子分数M_Hf为：

若F_C÷2＞F_Zr,F_C÷2≤F_Zr+F_Hf,则M_Hf=F_Hf-(F_C÷2-F_Zr)×1;

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf,则M_Hf=0;

式中，F_Hf为铪元素形成一元碳化物前的原子分数；

1.4.3、Ta元素形成一元碳化物后的原子分数M_Ta为：

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf,F_C÷2≤F_Zr+F_Hf+F_Ta,则M_Ta=F_Ta-(F_C÷2-F_Zr-F_Hf)×1;

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta,则M_Ta=0;

式中，F_Ta为钽元素形成一元碳化物前的原子分数；

1.4.4、Nb元素形成一元碳化物后的原子分数M_Nb为：

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta,F_C÷2≤F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb,则M_Nb=F_Nb-(F_C÷2-F_Zr-F_Hf-F_Ta)×1;

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb,则M_Nb=0;

式中，F_Nb为铌元素形成一元碳化物前的原子分数；

1.4.5、Ti元素形成一元碳化物后的原子分数M_Ti’为：

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb,F_C÷2≤F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb+M_Ti,则M_Ti’=M_Ti-(F_C÷2-F_Zr-F_Hf–F_Ta-F_Nb)×1;

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb+M_Ti,则M_Ti’=0;

1.5、确定形成复杂碳化物后铸造镍基合金成分的原子分数：

1.5.1、确定铸造镍基合金复杂碳化物的成分式：设定铸造镍基合金中C元素初始原子分数剩余的一半形成复杂碳化物；

1.5.1.1、若（M_Mo+F_W）≥0.06，则复杂碳化物的成分式为：（Mo_0.5W_0.5）₆C；

1.5.1.2、若（M_Mo+F_W）≤0.03，则复杂碳化物的成分式为:Cr₂₁Mo₂C₆；

1.5.1.3、若0.03＜（M_Mo+F_W）＜0.06，则复杂碳化物的成分式为下述两个成分式的混合物：（Mo_0.5W_0.5）₆C和Cr₂₁Mo₂C₆；

1.5.2、确定形成复杂碳化物后铸造镍基合金成分的原子分数：

1.5.2.1、若（M_Mo+F_W）≥0.06，则钼元素形成复杂碳化物后的原子分数M_Mo’为：M_Mo’=M_Mo-F_C÷2×0.5×6;钨元素形成复杂碳化物后的原子分数M_W为：M_W=F_W-F_C÷2×0.5×6;

1.5.2.2、若（M_Mo+F_W）≤0.03，则钼元素形成复杂碳化物后的原子分数M_Mo’为：M_Mo’=M_Mo-FC÷2÷6×2;铬元素形成复杂碳化物后的原子分数M_Cr’为：M_Cr’=M_Cr-F_C÷2÷6×21;

1.5.2.3、若0.03＜（Mo+W）＜0.06，则钼元素形成复杂碳化物后的原子分数M_Mo’为：M_Mo’=M_Mo-〔（M_Mo+F_W）-0.03〕÷0.03×F_C÷2×0.5×6-{F_C÷2-〔（M_Mo+F_W）-0.03〕÷0.03×F_C÷2}÷6×2;钨元素形成复杂碳化物后的原子分数M_W为：M_W=F_W-〔（M_Mo+F_W）-0.03〕÷0.03×F_C÷2×0.5×6；铬元素形成复杂碳化物后的原子分数M_Cr’为：M_Cr’=M_Cr-{F_C÷2-〔（M_Mo+F_W）-0.03〕÷0.03×F_C÷2}÷6×21；

1.6、确定形成γ′相合金成分的原子分数：γ′相合金成分的成分式为：（Ni_0.88Co_0.08Cr_0.04）₃(Al,Ti,Ta,Nb,Hf,V)；计算形成γ′相所消耗的各元素剩余的原子分数如下：镍元素形成γ′相后的原子分数M_Ni’为：

M_Ni’=M_Ni-(F_Al+M_Ti’+M_Ta+M_Nb+M_Hf+F_V)*0.88*3;钴元素形成γ′相后的原子分数M_Co’为：M_Co’=M_Co-(F_Al+M_Ti’+M_Ta+M_Nb+M_Hf+F_V)*0.08*3;铬元素形成γ′相后的原子分数M_Cr’为：M_Cr’=M_Cr-(F_Al+M_Ti’+M_Ta+M_Nb+M_Hf+F_V)*0.04*3;

1.7、确定铸造镍基合金成分各元素的最终原子分数：铸造镍基合金中各元素剩余原子分数经数值归一处理后，得到相应元素的最终原子分数，数值归一处理的方法是：用铸造镍基合金中各元素经过硼化物、一元碳化物、复杂碳化物和γ′相消耗后剩余的原子分数分别除以所有元素的原子分数总和得到的百分数为各元素的最终原子分数：分别是：镍元素最终原子分数Χ_Ni、钴元素最终原子分数Χ_Co、铁元素最终原子分数Χ_Fe、锰元素最终原子分数Χ_Mn、铬Χ_Cr、锆元素最终原子分数Χ_Zr、钼元素最终原子分数Χ_Mo、钨元素最终原子分数Χ_W；

1.8、计算平均电子空位数Nv：铸造镍基合金的平均电子空位数Nv按下式进行计算：Nv=0.66Χ_Ni+1.71Χ_Co+2.66Χ_Fe+3.66Χ_Mn+4.66Χ_Cr+6.66Χ_Zr+9.66Χ_Mo+9.66Χ_W。