高温合金强化化学成分分析

高温合金固溶强化

  高温合金的固溶强化就是利用加入的某些合金元素（如钽、铌、钨、钼、钛、钒、铝、铬、钴等），让其溶入基体（铁基高温合金为铁素体或奥氏体，镍基为奥氏体），改变基体的原子分布和原子之间的结合力，提高基体的强度的方法。属于固溶强化的典型高温合金有GH3030、GH3039、GH3128、GH1140等，合金化特点是铝、钛含量少，镍含量高。

固溶强化的作用在高温合金中并不是主要的，单靠固溶强化来提高热强性是有限的，因此，凡是以固溶强化为主的高温合金的使用温度都不太高。

高温合金沉淀强化

高温合金的沉淀强化，利用从过饱和固溶体中脱溶析出弥散的第二相而造成的强化作用来提高合金强度的方法。

镍基合金中的强化相主要的不是碳化物如TiC、VC、M₂₃C型碳化物等，而是金属间化合物，主要有Ni₃（Al，Ti），因为它也是面心立方结构，仅点阵常数不同于基体（γ相），故又常称为γ′相。

γ′相中钛是主要成分，当其含量大于1.4% 时才能产生γ′相沉淀，含钛量越高，γ′相越多，强化效果越好。铝的作用主要是提高γ′相的固溶温度，以稳定γ′相使之不向η（Ni₃Ti）相转变，所以几乎所有的沉淀硬化型镍基合金中都是铝、钛并存的。但是钛含量过高而铝含量过少时，γ′相不稳定，易转变成密排六方结构η相（Ni₃Ti），η相一般呈针状或大块状穿晶析出，使合金的塑性和持久强度下降。调整钛铝含量比至Ti/Al＜2.5时可避免合金出现η相，换言之钛含量增加时铝含量必须增加，且钛含量不能超过铝含量的2.5倍。

γ′相之所以能够强化基体，一方面由于γ′相增加了基体中位错的运动阻力，另一方面由于γ′相本身与基体保持共格关系，从而增加了基体的变形阻力。因此，γ′相强化作用与它本身的大小、形状、相对数量、稳定性及晶格常数有关。

高温合金晶界强化

如何提高高温合金晶界强度对提高合金的使用性能有着重要的意义。高温合金在冶炼过程中带入合金中的有害杂质如铅、砷、锡、硫等，往往以低熔点共晶体形式存在合金晶界上，在高温下首先熔化，降低晶界强度，如硫与镍形成的Ni₃S₂，当合金加热到644℃时共晶体Ni+Ni₃S₂开始熔化，使合金表现出热脆性和高温强度下降。所以在合金中这些有害杂质都有严格的控制。强化晶界的方法有：加入微量的元素硼、锆、稀土元素等；适当的热处理；采用高温变形热处理。