[發明專利]一種鑄造鎳基合金的相分計算方法

有效

• 申請號: 201310170281.0
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103276246A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 張軍;梁經緯;彭穎;張玉濤;池洪琳;劉增社
• 申請（專利權）人: 西安航空動力股份有限公司
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C19/05
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 梁瑞林

1.一種鑄造鎳基合金的相分計算方法，其特征在于：相分計算步驟如下：

1.1、分析鑄造鎳基合金化學成分：對鑄造鎳基合金進行化學成分分析，實測出鑄造鎳基合金中以下各元素的質量百分數，需要分析的為：C、Mn、Cr、Mo、V、Co、Al、Ti、B、Fe、W、Nb、Hf、Ta、Zr、Ni，得到鑄造鎳基合金的元素成分表，計算得到鑄造鎳基合金各元素的重量百分數，忽略鑄造鎳基合金化學成分中質量百分數不大0.001%的雜質元素；

1.2、確定鑄造鎳基合金各元素的初始原子分數：將鑄造鎳基合金各元素的重量百分數除以相應元素的原子量，得到各元素的摩爾數，對摩爾數進行數值歸一處理后，得到相應元素的初始原子分數；數值歸一處理的方法是：用鑄造鎳基合金中各元素的摩爾數分別除以所有元素的摩爾數總和得到的百分數為各元素的初始原子分數；

1.3、確定形成硼化物后鑄造鎳基合金成分的原子分數：按照下述方法之一確定形成硼化物后鑄造鎳基合金成分的原子分數：

1.3.1、若鑄造鎳基合金中含有Ti元素，則硼化物的成分式為：

（Mo_0.5Ti_0.15Cr_0.25Ni_0.1）₃B₂；

Mo元素形成硼化物后的原子分數M_Mo為：

M_Mo=F_Mo-F_B÷2×0.5×3；

式中，F_Mo為鉬元素形成硼化物前的原子分數，F_B為硼元素形成硼化物前的原子分數；

Ti元素形成硼化物后的原子分數M_Ti為：

M_Ti=F_Ti-F_B÷2×0.15×3；

式中，F_Ti為鈦元素形成硼化物前的原子分數；

Cr元素形成硼化物后的原子分數M_Cr為：

M_Cr=F_Cr-F_B÷2×0.25×3；

式中，F_Cr為鉻元素形成硼化物前的原子分數；

Ni元素形成硼化物后的原子分數M_Ni為：

M_Ni=F_Ni-F_B÷2×0.25×3；

式中，F_Ni為鎳元素形成硼化物前的原子分數；

1.3.2、若鑄造鎳基合金中不含有Ti元素，則硼化物的成分式為：

（Mo_0.55Cr_0.30Ni_0.15）₃B₂；

Mo元素形成硼化物后的原子分數M_Mo為：

M_Mo=F_Mo-F_B÷2×0.55×3；

式中，F_Mo為鉬元素形成硼化物前的原子分數；

Cr元素形成硼化物后的原子分數M_Cr為：

M_Cr=F_Cr-F_B÷2×0.30×3；

式中，F_Cr為鉻元素形成硼化物前的原子分數；

Ni元素形成硼化物后的原子分數M_Ni為：

M_Ni=F_Ni-F_B÷2×0.15×3；

式中，F_Ni為鎳元素形成硼化物前的原子分數；

1.4、確定形成一元碳化物后鑄造鎳基合金成分的原子分數：C元素與鑄造鎳基合金中金屬元素Zr、Hf、Ta、Nb、Ti形成一元碳化物的優先順序為:ZrC,HfC,TaC,NbC,TiC；設定鑄造鎳基合金中C元素初始原子分數含量的一半形成一元碳化物,則形成一元碳化物后所剩余各元素的原子分數為：

1.4.1、Zr元素形成一元碳化物后的原子分數M_Zr為：

若F_C÷2≤F_Zr,則M_Zr=F_Zr-F_C÷2×1;

式中，F_Zr為鋯元素形成硼化物前的原子分數；

若F_C÷2＞F_Zr,則M_Zr=0;

1.4.2、Hf元素形成一元碳化物后的原子分數M_Hf為：

若F_C÷2＞F_Zr,F_C÷2≤F_Zr+F_Hf,則M_Hf=F_Hf-(F_C÷2-F_Zr)×1;

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf,則M_Hf=0;

式中，F_Hf為鉿元素形成一元碳化物前的原子分數；

1.4.3、Ta元素形成一元碳化物后的原子分數M_Ta為：

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf,F_C÷2≤F_Zr+F_Hf+F_Ta,則M_Ta=F_Ta-(F_C÷2-F_Zr-F_Hf)×1;

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta,則M_Ta=0;

式中，F_Ta為鉭元素形成一元碳化物前的原子分數；

1.4.4、Nb元素形成一元碳化物后的原子分數M_Nb為：

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta,F_C÷2≤F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb,則M_Nb=F_Nb-(F_C÷2-F_Zr-F_Hf-F_Ta)×1;

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb,則M_Nb=0;

式中，F_Nb為鈮元素形成一元碳化物前的原子分數；

1.4.5、Ti元素形成一元碳化物后的原子分數M_Ti’為：

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb,F_C÷2≤F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb+M_Ti,則M_Ti’=M_Ti-(F_C÷2-F_Zr-F_Hf–F_Ta-F_Nb)×1;

若F_C÷2＞F_Zr+F_Hf+F_Ta+F_Nb+M_Ti,則M_Ti’=0;

1.5、確定形成復雜碳化物后鑄造鎳基合金成分的原子分數：

1.5.1、確定鑄造鎳基合金復雜碳化物的成分式：設定鑄造鎳基合金中C元素初始原子分數剩余的一半形成復雜碳化物；

1.5.1.1、若（M_Mo+F_W）≥0.06，則復雜碳化物的成分式為：（Mo_0.5W_0.5）₆C；

1.5.1.2、若（M_Mo+F_W）≤0.03，則復雜碳化物的成分式為:Cr₂₁Mo₂C₆；

1.5.1.3、若0.03＜（M_Mo+F_W）＜0.06，則復雜碳化物的成分式為下述兩個成分式的混合物：（Mo_0.5W_0.5）₆C和Cr₂₁Mo₂C₆；

1.5.2、確定形成復雜碳化物后鑄造鎳基合金成分的原子分數：

1.5.2.1、若（M_Mo+F_W）≥0.06，則鉬元素形成復雜碳化物后的原子分數M_Mo’為：M_Mo’=M_Mo-F_C÷2×0.5×6;鎢元素形成復雜碳化物后的原子分數M_W為：M_W=F_W-F_C÷2×0.5×6;

1.5.2.2、若（M_Mo+F_W）≤0.03，則鉬元素形成復雜碳化物后的原子分數M_Mo’為：M_Mo’=M_Mo-FC÷2÷6×2;鉻元素形成復雜碳化物后的原子分數M_Cr’為：M_Cr’=M_Cr-F_C÷2÷6×21;

1.5.2.3、若0.03＜（Mo+W）＜0.06，則鉬元素形成復雜碳化物后的原子分數M_Mo’為：M_Mo’=M_Mo-〔（M_Mo+F_W）-0.03〕÷0.03×F_C÷2×0.5×6-{F_C÷2-〔（M_Mo+F_W）-0.03〕÷0.03×F_C÷2}÷6×2;鎢元素形成復雜碳化物后的原子分數M_W為：M_W=F_W-〔（M_Mo+F_W）-0.03〕÷0.03×F_C÷2×0.5×6；鉻元素形成復雜碳化物后的原子分數M_Cr’為：M_Cr’=M_Cr-{F_C÷2-〔（M_Mo+F_W）-0.03〕÷0.03×F_C÷2}÷6×21；

1.6、確定形成γ′相合金成分的原子分數：γ′相合金成分的成分式為：（Ni_0.88Co_0.08Cr_0.04）₃(Al,Ti,Ta,Nb,Hf,V)；計算形成γ′相所消耗的各元素剩余的原子分數如下：鎳元素形成γ′相后的原子分數M_Ni’為：

M_Ni’=M_Ni-(F_Al+M_Ti’+M_Ta+M_Nb+M_Hf+F_V)*0.88*3;鈷元素形成γ′相后的原子分數M_Co’為：M_Co’=M_Co-(F_Al+M_Ti’+M_Ta+M_Nb+M_Hf+F_V)*0.08*3;鉻元素形成γ′相后的原子分數M_Cr’為：M_Cr’=M_Cr-(F_Al+M_Ti’+M_Ta+M_Nb+M_Hf+F_V)*0.04*3;

1.7、確定鑄造鎳基合金成分各元素的最終原子分數：鑄造鎳基合金中各元素剩余原子分數經數值歸一處理后，得到相應元素的最終原子分數，數值歸一處理的方法是：用鑄造鎳基合金中各元素經過硼化物、一元碳化物、復雜碳化物和γ′相消耗后剩余的原子分數分別除以所有元素的原子分數總和得到的百分數為各元素的最終原子分數：分別是：鎳元素最終原子分數Χ_Ni、鈷元素最終原子分數Χ_Co、鐵元素最終原子分數Χ_Fe、錳元素最終原子分數Χ_Mn、鉻Χ_Cr、鋯元素最終原子分數Χ_Zr、鉬元素最終原子分數Χ_Mo、鎢元素最終原子分數Χ_W；

1.8、計算平均電子空位數Nv：鑄造鎳基合金的平均電子空位數Nv按下式進行計算：Nv=0.66Χ_Ni+1.71Χ_Co+2.66Χ_Fe+3.66Χ_Mn+4.66Χ_Cr+6.66Χ_Zr+9.66Χ_Mo+9.66Χ_W。