NiCrW高温合金Ni2(Cr,W)超点阵结构相变机制与热稳定性研究

Ni2(Cr，W)超点阵结构相在固溶及碳化物强化型NiCrW系高温合金中，对高温力学及蠕变性能存在显著的影响。直到目前为止，人们对W、Mo等元素及与Cr的比例对其晶体结构的影响，以及此超点阵相的相变机制尚不清楚。本项目将结合CALPHAD方法和第一性原理等计算学方法探讨Cr、W、Mo、Ta等对Ni2(Cr,W)超点阵结构转变能、点阵结构性质的作用，采用动态原位电阻法、膨胀法、DSC等手段，测定不同元素及成分条件下Ni2(Cr,W)超点阵的反应焓变、固溶温度等热力学参数，通过预变形和长程时效研究超点阵结构的形成动力学；采用常用表征手段研究其在长程时效过程中的稳定性问题；通过EBSD等手段对超点阵结构诱发孪生变形的强韧机制进行深入研究，建立超点阵结构的尺寸和分布与力学性能参数之间的关系模型。阐明NiCrW系高温合金中的Ni2(Cr,W)超点阵结构形成规律及强韧化机制，为调控合金性能提供新途径。

采用第一性原理系统研究了Ni2Cr1-xMx(M = Nb, Mo, Ta, W)超点阵体系和Ni2Cr1-2xWxMx(M = Fe, Nb, Mo, Hf, Ta)超点阵体系的形成能、结合能、弹性常数等，分析了电子结构和态密度。结果表明，上述合金化元素都能在不同程度上提高Ni2Cr1-xMx和Ni2Cr1-2xWxMx超点阵相基态下的稳定性。当Cr原子的取代量较小时，Ni2Cr1-xMx超点阵相的化学键类型主要是以共价键占主导，当合金化元素的掺杂量超过一定比例(x≥0.25)时，化学键的类型以金属键占主导。.在Ni-20Cr-18W高温合金中添加微量的Mo会显著影响Pt2Mo型超点阵相的析出动力学，当Mo的质量分数小于2.5%时，随着Mo含量的升高，超点阵相的析出动力学逐渐加快，但是当Mo的质量分数高于3%时，Pt2Mo型超点阵相的析出受到抑制。不同W/Cr比在550~800℃对超点阵相的析出动力学影响都不明显，时效140h，依然没有析出Pt2Mo型超点阵相，这和Ni-Cr-Mo合金完全不同，但是当W的质量分数大于30%时，700 ℃时效48h，基体中析出了大量的D1a型超点阵相。.Ni-20Cr-18W高温合金固溶状态下存在SRO结构，550 ℃短时时效后，合金机体内析出细小弥散的Pt2Mo型超点阵相，并且在时效两个小时后，衍射花样上出现了强度从SRO到LRO的过度，说明Pt2Mo型LRO的析出机制为连续有序花化转变。700 °C下短时时效后，合金基体内析出细小的DO22型超点阵相，其成分与基体成分相近，通过对700 ℃时效不同时间的固溶态合金进行硬度测量，结果表明DO22型超点阵相析出机制也属于连续有序化转变。并且，由于其弥散分布在合金基体中，随着时效时间的延长，合金显微硬度明显提高，最终在40 h达到一个稳定状态。.Ni-20Cr-18W高温合金存在两种类型的超点阵结构，分别为DO22型和Pt2Mo型，并且存在临界温度Tc(550 °C<Tc<600 °C)，DO22型析出温度Tc为700 °C，Pt2Mo型析出温度为500 °C为Tc.在各自温度区间均较为稳定并能逐渐长大，两种超点阵相在析出过程中均存在变体选择，有6种不同的变体，Pt2Mo型超点阵相每种变体析出为等概率，而DO22超点阵相的6种变体析出概率不同。同时确定了不同超点阵相的析出温度范围。.探