Co-Al-V三元系相平衡的研究

发布时间：2019-11-05 20:12

【摘要】：目前,钴基高温合金虽然拥有卓越的耐热腐蚀性,但因其高温强度比镍基高温合金低,因而使用受到限制。然而最近研究确定了由γ′Co3(Al,W)相强化的钴基超合金比传统的镍基超合金具有更高的强度。因此,新型钴基合金有望在未来得到更为广泛地应用。在众多合金化元素中,V和Al在钴基合金中起到重要作用。本工作的主要内容是对Co-Al-V三元系的相关系进行研究,为研发新型钴基高温合金提供理论依据。在本研究工作中,主要采用平衡合金实验法,使用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜结合能谱仪(SEM-EDS)等实验设备对样品进行检测分析,测定了Co-Al-V三元系800℃等温截面和1100℃等温截面的部分相关系。在该体系中,发现了一个新的三元化合物,将其命名为T相(Al2CoV)。确认了T相为面心立方结构。在800℃等温截面中发现共存在13个三相平衡区,分别是Al9Co2+Al3V+L-Al,Al9Co2+Al3V+Al13Co4,Al13Co4+Al3V+Al3Co,Al3Co+Al3V+Al5Co2,T+Al3V+Al8V5,T+Al3V+Al5Co2,T+AlCo+Al5Co2,T+α-V+Al8V5,T+AlCo+α-V,CoV3+α-V+σ-CoV,AlCo+α-V+σ-CoV,Co3V+AlCo+σ-CoV和Co3V+α-Co+AlCo。在该温度截面中,T相能与Al3V,Al8V5,α-V,Al5Co2和AlCo处于平衡状态,它的成分范围是47.9-53.7 at.%Al和21.2-27.6 at.%V。在1100℃等温截面中,实验测定了7个三相平衡区,分别是L-Al+Al3V+Al3Co,Al3Co+Al3V+Al5Co2,Al3V+Al8V5+Al5Co2,T+Al8V5+Al5Co2,T+AlCo+Al5Co2,T+α-V+Al8V5和T+AlCo+α-V。该温度截面和800℃的相比,T相的相区有所变小,它的成分范围是50.5-54.3at.%Al和20.9-25.2 at.%V。能和T相处于平衡状态的相为Al8V5,α-V,Al5Co2和AlCo。在800℃和1100℃等温截面中,实验发现V在AlCo化合物中的最大溶解度分别达到35.0 at.%和54.0 at.%。
【图文】：

高温合金,合金元素,镍基高温合金,镍基合金

温合金是应用最广泛的一类高温合金[12,13]，首先是因为γ′相分布，从而获得良好的高温强度。其次，在镍基合金中可以固、钴、铝、钛、钨、钼等等。因此，镍基合金能在 100。合金主要分为固溶强化型和沉淀强化型。固溶强化型镍基度较高、承受应力不大的部件，如燃气轮机的燃烧室，火淀强化型镍基高温合金主要用作环形件、涡轮盘、空心轮叶片等高温零部件。素在高温合金中的作用钴基和镍基高温合金中，常用的添加元素有近 20 种，Co、Fe、Ti、Zr、V、W、B、Cr、Ni、Hf、Ta、Bb、C要有 6 个方面，如图 1-1 所示：

均匀分布,等温截面,三元系,端部

Mo、W、Zr、V、Cr 等元素形成高熔点的碳化物和氮化物来增加基体强度。钴基合金的优势在于其超强的耐热腐蚀性，这是镍基、铁基合金所不具备的。由于某些工件不仅需要良好的强度、硬度、塑性、韧性等力学性能，，还需要在具有腐蚀性介质的环境下服役，所以该优势使钴基合金成为众多学者关注的焦点。其次，钴基合金拥有高热导率、低热膨胀性以及平坦的持久时间-温度参数性能，很适合用于制造对抗热疲劳性能要求较高的大部件[29]。1.2.1 Co-Al-W 系合金2006 年，Science 上刊登了 Sato[30]等人对钴基高温合金进行研究的文章。他们在钴基合金中发现γ′ Co3(Al,W)相，它在基体中的强化机理与镍基合金中的γ′-Ni3Al 相的类似。即γ′ Co3(Al,W)相均匀分布于γ-Co 基体起到强化作用。这个三元化合物是在测定 Co-Al-W 三元系等温截面时被发现的，图 1-2 展示的就是该等温截面 900℃和 1000℃的富钴端部分，从图中可以看到γ′(L12)+γ(A1)的两相平衡区。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG132.3;TG113

【参考文献】