作为晶界细化元素,C可以改善高温下合金的蠕变强度,C原子能使晶格变形,最终导致内部固溶强化。在高温合金中C会形成碳化物,通过控制碳化物的尺寸、形貌及分布,高温合金得到强化。一般情况下,细的弥散碳化物对于高温合金起到的是弥散强化作用,汉子形碳化物形成骨架强化,而针状或薄膜状碳化物会使力学性能下降。
众所周知,IN792是一种耐高温腐蚀的高温合金,广泛用于工业燃气轮机。它是一种多晶材料,表现出良好的耐高温腐蚀性能,但并不能满足不断升高的温度所赋予的各项要求,因为高温下材料的力学性能呈下降态势。C含量对IN792合金显微组织和力学性能的影响鲜有报道。为了改善IN792合金的显微组织和力学性能,并研究C含量的合适范围,研究人员研究了不同C含量下合金显微组织、拉伸性能及持久性能的变化。
试验合金IN792的化学成分为(wt%):12.5Cr,9.0Co,2.0Mo,5.0W,4.0Ta,3.5Al,3.9Ti,0.01B,0.03Zr,0.016~0.21C,余量Ni。熔炼工艺为真空感应熔炼,试样浇注温度为1430~1450℃,平均晶粒尺寸2~5㎜。试样在1120℃固溶处理2小时,空冷,然后为二个阶段的时效处理:1080℃的4小时和845℃的24小时,空冷。试验结果如下:
当C含量在0.016~0.21%范围内,γ'的形貌和尺寸不变,随C含量从0.21下降至0.016%γ'的面积分数渐渐增大。
当C含量从0.016%变化到0.21%,碳化物面积分数从1.10%变化到2.72%。当C含量在0.050~0.14%范围内,形成细的弥散MC和M23C6碳化物。当C含量在0.14~0.21%范围内,发现碳化物颗粒尺寸很大。
碳含量为0.016%时,缘于晶界强度下降,试样的塑性和屈服强度较低。碳含量在0.050~0.14%时,由于细碳化物锁定了晶界以及细碳化物的弥散强化作用,试样的屈服强度高。碳含量在0.15~0.21%时,试样屈服强度下降。
随着C含量从0.016%上升到0.086%,在760℃/662MPa和982℃/186MPa条件下,试样的持久性能增强,而随着C含量从0.086%继续上升到0.14%,持久性能下降。C含量在0.15~0.21%范围内,持久性能变化不大。(晓红)