[发明专利]微量元素磷在变形高温合金中作用机理的研究方法及应用

说明书

本发明的目的在于提供一种微量元素磷在变形高温合金中作用机理的研究方法，具体为：通过改变变形高温合金成分，由简单到复杂形成不同的合金系列，加入不同的微量元素磷，通过热处理工艺调整，对磷的存在位置、存在方式、与主合金元素及强化合金元素之间作用关系，以及对合金组织结构影响进行分析，进而对磷元素对合金性能产生的影响进行评价，从而揭示磷在变形高温合金中存在方式，与各合金元素的相互作用及作用机理。本发明通过设计简化的合金，不仅节约了原材料，还节省了人力成本，大大提高了研究效率。

技术领域

本发明属于高温合金领域，特别提供一种微量元素磷在变形高温合金中作用机理的研究方法及应用。

背景技术

磷是高温合金中常见的痕量元素之一，早期认为磷是合金中的有害元素。直到上个世纪七十年代，人们对磷在高温合金中的作用仍然知之甚少， Bieber和Decker最早对微量元素在高温合金中的作用进行了系统研究，认为磷“少则有益，多则有害”。不过，他们并没有提供有力的证据支持这一观点。自此，科研工作者展开磷在高温合金中有益作用的研究。

到上个世纪90年代，磷在变形高温合金中的有益作用得到公认，磷可以大幅度提高某些变形高温合金的持久蠕变性能，由此国内外均发明了新的变形高温合金。磷的这种有益作用具有以下特点：首先磷对高温合金持久蠕变性能的有益作用具有合金选择性；研究表明磷对应用最广泛的 Ni-Cr-Fe基IN718合金的持久寿命显著提高，且对与IN718合金成分相近的IN706合金以及铁基的GH2761合金有相似的有益作用；但在Ni-Cr基 GH4133和Ni-Cr-Co基Waspaloy两种合金中，有益的作用却极其微弱。其次在磷元素加入具有有益作用的高温合金中，往往会存在一个最佳的含量范围，合金在最佳磷含量下持久性能达到峰值，而过高或过低的磷含量均会造成合金持久寿命的下降。还有就是磷与其他元素之间的交互作用也直接影响到合金的持久蠕变性能。围绕磷在高温合金中的存在方式及作用机理的研究一直没有停止。大量的研究证实在高温合金中磷会向晶界偏聚，因此，早期研究认为磷在高温合金中的主要强化作用来自于其对晶界的影响。主要表现在磷可以改善晶界析出相如M₂₃C₆或M₃B₂的形态和分布，提高晶界结合力，阻碍环境中的氧沿晶侵入。

最近我们发现P还会影响合金晶内组织，P能加速IN706合金和IN718 合金晶内强化相析出。但是，由于高温合金的成分和组织十分复杂，研究P 在其中的分布和作用的难度很大。所以到目前为止，P在变形高温合金中的存在方式及作用机理没有一个统一的结论。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明设计了简化的镍基变形高温合金系列，并添加不同含量P，P含量的选择是参考以往P在复杂合金中的研究结果。通过合金成分选择相应的热处理工艺，来获得P在合金中的存在形式。结合组织分析和力学性能测试，获得P在晶界和晶内的析出方式，以及与其它元素之间的交互作用，揭示P在变形高温合金中提高合金持久蠕变性能的作用机理。

本发明技术方案如下：

一种微量元素磷在变形高温合金中作用机理的研究方法，其特征在于：通过改变变形高温合金成分，由简单到复杂形成不同的合金系列，加入不同的微量元素磷，通过热处理工艺调整，对磷的存在位置、存在方式、与主合金元素及强化合金元素之间作用关系，以及对合金组织结构影响进行分析，进而对磷元素对合金性能产生的影响进行评价，从而揭示磷在变形高温合金中存在方式，与各合金元素的相互作用及作用机理。

作为优选的技术方案：

所述变形高温合金为镍基变形高温合金。