钽元素在高温合金中的作用

浏览次数：1054 日期：2017-09-02

一些高牌号的镍基高温合金中用Ta进行强化，并改善抗热腐蚀性能。我国研制的高温合金K438含有1.5%～2.0%Ta、K409含有4.0%～4.5%Ta、K4002含有2.25%～2.75%Ta。美国铸造镍基高温合金IN738LC、IN939、IN792、M22、MM-002、MM-005、MM-006和MM-011等都含有1%～4%Ta，PWA1480含有12%的Ta。钽是一种战略元素，价格昂贵，应尽量少用。钽在镍基高温合金中约80%进入γ＇相，增强γ＇相的强化效果，约10%～15%形成富Ta的MC碳化物，只有5%～10%左右进入γ固溶体，起固溶强化作用。与Nb一样，Ta的原子半径也很大，较Ni、Co和Fe原子大15%～18%。因此，加入镍基固溶体，引起晶格常数增加更大。因而形成的弹性应力场对位错动运构成更大的阻力，同时，Ta也降低γ固溶体的堆垛层错能，因而，使γ固溶体瞬时拉伸强度与蠕变性能明显拉高。
钽含量对K409型合金力学性能和组织影响的研究结果表明，随着合金中钽含量由1%增加到6.4%，760℃拉伸强度增加，塑性改善，抗蠕变性能提高，蠕变断裂时间延长。合金中的钽进入γ＇相，提高γ＇相，数量和γ＇相的溶解温度，改变γ＇相的组成，细化γ＇相的尺寸，增加γ＇相沉淀强化效果，同时，钽又进入γ奥氏体，引起固溶强化，为区分固溶强化与沉淀强化的效果，将含Ta和不含Ta的γ奥氏体经相分析测定的成分，分别冶炼含Ta和不含Ta的奥氏体基体合金，它在γ奥氏体中的含量，由Cr Co Mo之和为30%，提高到38.5%。K409合金基体中含1%Ta,这些尺寸很大的Ta原子，加之增加了含量的Cr、Co和Mo原子，必然要造成较大的弹性应力场，同时，使γ奥氏体基体层错能更显著地降低，即Ta的固溶强化和由Ta引起的Cr、Co和Mo含量增加而造成的固溶强化，使含Ta奥氏体基体合金蠕变寿命大大延长，蠕变塑性明显改善。同时，瞬时拉伸强度和塑性也大为提高。Ta还明显改善合金的抗热腐蚀和冷热疲劳性能，在所研究的范围，Ta含量愈高，抗热腐蚀性能和抗冷热疲劳性能愈好。在高温下使用的钴基板材合金MM-918和S-57中，已成功的用Ta取代W,抗氧化性能明显改善。