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Co-Al-W 基高温合金发展概述

马启慧; 王清; 董闯 大连理工大学材料科学与工程学院; 大连116000
  • co
  • al
  • w
  • 基高温合金
  • 合金化

摘要:传统Co基高温合金的强化机制为固溶强化与碳化物强化,强化效果弱于Ni基高温合金中的有序相γ′强化,从而使得Co基高温合金的应用受到限制。直到2006年,在Co-Al-W三元相图中发现稳定的L12相——Co3(Al,W),这种新型γ′相强化的Co-Al-W基高温合金有以下特点:(1)含Ta合金熔点高于Waspaloy合金;(2)硬度与屈服强度不低于Ni基高温合金;(3)γ/γ′两相之间的晶格错配度与Ni基高温合金在数值上接近,符号上相反,而正的晶格错配度更有利于蠕变性能。综上所述,Co3(Al,W)相的发现为Co基高温合金的发展开辟了新道路。自2006年以来,针对Co-Al-W基高温合金的组织与性能进行了大量研究。Co-Al-W基高温合金的微观组织为γ/γ′两相,此外还会存在一些二次相,其中包括富集Al和Ti元素的B2-CoAl相、富集难熔元素的拓扑密堆相m-Co7 W6以及易在时效过程析出的c-Co3 W相。这些二次相通常在晶界析出,容易成为裂纹的发源地,同时会弱化固溶强化效果,对合金的高温性能不利。虽然Co-Al-W基高温合金得到了立方形态的γ′相共格析出,但由于γ′-Co3(Al,W)相高温稳定性差,需要对其进行合金化,因此,这种γ′相强化的Co基高温合金正在由简单的Co-Al-W三元合金发展成为复杂的多元合金。综合来看,主要添加的合金化元素有Ta、Ti、Nb、V、Mo、Ni和Cr。其中,γ′相形成元素包括Ta、Ti、Nb、V、Mo,这些元素的分配系数均大于1,且能有效提高γ′相固溶温度与体积分数;Cr、Fe、Re的分配系数小于1,是γ相形成元素,添加后均降低γ′相固溶温度,其中Cr会提高γ′相的体积分数。众多合金元素中,Cr、Mo和Ni元素的过量添加会降低γ/γ′两相间的晶格错配度,从而改变γ′相形态甚至破坏γ/γ′两相组织。合金的组织与性能密切相关,γ/γ′两相、γ′相为立方形态且γ′相高温稳定性高的合金具有优异的性能。Co-Al-W基高�

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