單晶合金由于成分上的特點(diǎn),使其顯微組織基本上成為由γ+γ' 兩相組成,這為合金成分設計帶來(lái)方便。日本金屬技術(shù)研究所對單晶合金設計方法進(jìn)行了深入研究,先后提出多種設計方法,其中“新成分設計流程”和d電子合金設計法較為成熟,并分別研制成功性能較高的TMS系列和TUT系列單晶合金。前一種方法是先設計γ'相的成分,然后再計算固溶體成分和合金成分,γ'相的體積分數可任意選取,由于γ'相的數量及相應的反相界能等參數是最主要的強化因素,所以這種方法可使設計計算直接針對物理實(shí)質(zhì),加之其各種回歸方程精確度較高,使計算結果較為可靠而且便于性能平衡。采用這種方法研制出了TMS系列合金,其中TMS26的耐溫能力(按137MPa、1000h 計)比PWA1480 高65℃,比第二代單晶合金PWA1484高37℃.d電子合金設計法的基礎源于用DV-X法對面心立方原子團(MNi12Al6)進(jìn)行分子軌道計算,提出了估價(jià)所加入合金化元素的作用和性質(zhì)的兩個(gè)參數:一個(gè)是反映合金元素對共價(jià)鍵貢獻的原子間結合次數B.,另一個(gè)是反映合金元素電負性和原子半徑綜合效應的分子軌道d能級Ma,按照每個(gè)元素的B.和M.值,計算設定成分的平均B和平均Ma,再分別計算合金的凝固溫度范圍,熱處理窗口,γ'相體積分數,γ'相和γ相的成分以及TCP相析出傾向等參數,最后確定綜合性能最高而相穩定性好的合金,此方法理論性強、精確度高、周期短、成本低。N.Yukawa等人采用這種方法設計出了性能水平相當于PWA1484的TUT92和TUT95單晶合金。中國科學(xué)院金屬研究所與日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)在合作研究中成功地應用了d電子合金設計法,研制出了持久強度水平很高的抗腐蝕鎳基單晶合金。d電子合金設計法不但可以用來(lái)設計新合金,而且可以用來(lái)對現有單晶合金進(jìn)行分析、評價(jià)和改進(jìn)。日本豐橋大學(xué)曾報道,按 d 電子參數來(lái)定量地預測各種合金元素在γ和γ'相中的分配,其計算結果與試驗值相當吻合。

 

  鎳基高溫合金作為在各種航空、航天發(fā)動(dòng)機和燃氣輪機中使用的主要材料,其應用價(jià)值的重要性是不言而喻的。因此,需要針對具有優(yōu)異綜合性能的鎳基高溫合金的成分與制造過(guò)程、組織與性能進(jìn)行深入研究。本書(shū)在總結前人有關(guān)研究成果的基礎上,以新型鎳基鑄造高溫合金的開(kāi)發(fā)及性能研究為主線(xiàn),對兩種新型鎳基鑄造高溫合金進(jìn)行了系統闡述,結合X射線(xiàn)衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子探針(EPM)和圖像分析儀等測試與分析手段,探討了鑄造鎳基高溫合金有害元素的存在形態(tài)、結合合金的組織及性能、熱處理工藝等,用理論測算和實(shí)驗相結合的辦法,對鎳基單晶高溫合金中γ相和γ'相元素的分布特征、組織穩定性及持久性能等進(jìn)行分析。


  本書(shū)共分為7章,第1章為鎳基鑄造高溫合金的基礎理論,是全書(shū)的基礎和鋪墊。介紹高溫合金、鎳基鑄造高溫合金的基礎理論、發(fā)展趨勢以及面臨的問(wèn)題及挑戰等。第2章著(zhù)重闡述了鎳基鑄造高溫合金的成分設計及熔煉工藝。第3章為鎳基鑄造高溫合金的組織及熱處理,詳細分析了新型鎳基鑄造高溫合金的組織特點(diǎn)及熱處理對其組織和性能的影響。第4章為鎳基鑄造高溫合金的性能描述,主要探討了合金的物理性能、力學(xué)性能和焊接性能等。第5章介紹了鎳基單晶高溫合金中氧、氮、硫的存在形式,揭示了合金中氧、氨、硫的含量及存在形態(tài)對性能的影響。第6章的內容圍繞鎳基單晶高溫合金鑄態(tài)組織及y相和y'相合金元素分布特征進(jìn)行了深入的分析。第7章討論了鎳基單晶高溫合金的組織穩定性和持久性能,給出了合金的 Larson-Miller曲線(xiàn)等。希望通過(guò)本書(shū)的出版起到拋磚引玉的作用,能有助于鎳基鑄造高溫合金的發(fā)展,能夠豐富新型鎳基鑄造高溫合金的設計理論基礎,并為具有優(yōu)異性能的新型鎳基鑄造高溫合金早日工業(yè)化貢獻一份力量。本書(shū)的研究工作得到了鋼鐵研究總院的幫助,特此向所有支持和關(guān)心本項研究的單位和個(gè)人表示衷心的感謝。還要感謝冶金工業(yè)出版社編輯為本書(shū)的出版付出的辛勤勞動(dòng)。本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中參閱了有關(guān)文獻和書(shū)籍,并均已收錄在參考文獻中,在此作者對相關(guān)文獻作者一并致謝。由于作者水平所限,書(shū)中不妥之處歡迎廣大讀者不吝賜教。