[发明专利]一种铸造镍基合金的相分计算方法

摘要

本发明属于合金质量分析技术，涉及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：分析铸造镍基合金化学成分；确定铸造镍基合金各元素的初始原子分数；确定形成硼化物后铸造镍基合金成分的原子分数；确定形成一元碳化物后铸造镍基合金成分的原子分数；确定形成复杂碳化物后铸造镍基合金成分的原子分数；确定形成γ′相合金成分的原子分数；确定铸造镍基合金成分各元素的最终原子分数；计算平均电子空位数Nv。本发明提出了一种铸造镍基合金的相分计算方法，能够应用于铸造镍基合金的实际生产中，实现了铸造镍基合金的质量控制。

主权项

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：（Mo0.5Ti0.15Cr0.25Ni0.1）3B2；Mo元素形成硼化物后的原子分数MMo为：MMo=FMo‑FB÷2×0.5×3；式中，FMo为钼元素形成硼化物前的原子分数，FB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MTi为：MTi=FTi‑FB÷2×0.15×3；式中，FTi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MCr为：MCr=FCr‑FB÷2×0.25×3；式中，FCr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MNi为：MNi=FNi‑FB÷2×0.25×3；式中，FNi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：（Mo0.55Cr0.30Ni0.15）3B2；Mo元素形成硼化物后的原子分数MMo为：MMo=FMo‑FB÷2×0.55×3；式中，FMo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MCr为：MCr=FCr‑FB÷2×0.30×3；式中，FCr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MNi为：MNi=FNi‑FB÷2×0.15×3；式中，FNi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MZr为：若FC÷2≤FZr,则MZr=FZr‑FC÷2×1;式中，FZr为锆元素形成硼化物前的原子分数；若FC÷2＞FZr,则MZr=0;1.4.2、Hf元素形成一元碳化物后的原子分数MHf为：若FC÷2＞FZr,FC÷2≤FZr+FHf,则MHf=FHf‑(FC÷2‑FZr)×1;若FC÷2＞FZr+FHf,则MHf=0;式中，FHf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MTa为：若FC÷2＞FZr+FHf,FC÷2≤FZr+FHf+FTa,则MTa=FTa‑(FC÷2‑FZr‑FHf)×1;若FC÷2＞FZr+FHf+FTa,则MTa=0;式中，FTa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MNb为：若FC÷2＞FZr+FHf+FTa,FC÷2≤FZr+FHf+FTa+FNb,则MNb=FNb‑(FC÷2‑FZr‑FHf‑FTa)×1;若FC÷2＞FZr+FHf+FTa+FNb,则MNb=0;式中，FNb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MTi’为：若FC÷2＞FZr+FHf+FTa+FNb,FC÷2≤FZr+FHf+FTa+FNb+MTi,则MTi’=MTi‑(FC÷ 2‑FZr‑FHf–FTa‑FNb)×1;若FC÷2＞FZr+FHf+FTa+FNb+MTi,则MTi’=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（MMo+FW）≥0.06，则复杂碳化物的成分式为：（Mo0.5W0.5）6C；1.5.1.2、若（MMo+FW）≤0.03，则复杂碳化物的成分式为:Cr21Mo2C6；1.5.1.3、若0.03＜（MMo+FW）＜0.06，则复杂碳化物的成分式为下述两个成分式的混合物：（Mo0.5W0.5）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（MMo+FW）≥0.06，则钼元素形成复杂碳化物后的原子分数MMo’为：MMo’=MMo‑FC÷2×0.5×6;钨元素形成复杂碳化物后的原子分数MW为：MW=FW‑FC÷2×0.5×6;1.5.2.2、若（MMo+FW）≤0.03，则钼元素形成复杂碳化物后的原子分数MMo’为：MMo’=MMo‑FC÷2÷6×2;铬元素形成复杂碳化物后的原子分数MCr’为：MCr’=MCr‑FC÷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MMo’为：MMo’=MMo‑〔（MMo+FW）‑0.03〕÷0.03×FC÷2×0.5×6‑{FC÷2‑〔（MMo+FW）‑0.03〕÷0.03×FC÷2}÷6×2;钨元素形成复杂碳化物后的原子分数MW为：MW=FW‑〔（MMo+FW）‑0.03〕÷0.03×FC÷2×0.5×6；铬元素形成复杂碳化物后的原子分数MCr’为：MCr’=MCr‑{FC÷2‑〔（MMo+FW）‑0.03〕÷0.03×FC÷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：（Ni0.88Co0.08Cr0.04）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MNi’为：MNi’=MNi‑(FAl+MTi’+MTa+MNb+MHf+FV)*0.88*3;钴元素形成γ′相后的原子分数MCo’为：MCo’=MCo‑(FAl+MTi’+MTa+MNb+MHf+FV)*0.08*3;铬元素形成γ′相后的原子分数MCr’为：MCr’=MCr‑(FAl+MTi’+MTa+MNb+MHf+FV)*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ΧNi、 钴元素最终原子分数ΧCo、铁元素最终原子分数ΧFe、锰元素最终原子分数ΧMn、铬ΧCr、锆元素最终原子分数ΧZr、钼元素最终原子分数ΧMo、钨元素最终原子分数ΧW；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=0.66ΧNi+1.71ΧCo+2.66ΧFe+3.66ΧMn+4.66ΧCr+6.66ΧZr+9.66ΧMo+9.66ΧW。