作為晶界細化元素,C可以改善高溫下合金的蠕變強度,C原子能使晶格變形,最終導致內部固溶強化。在高溫合金中C會形成碳化物,通過控制碳化物的尺寸、形貌及分布,高溫合金得到強化。一般情況下,細的彌散碳化物對于高溫合金起到的是彌散強化作用,漢子形碳化物形成骨架強化,而針狀或薄膜狀碳化物會使力學性能下降。
眾所周知,IN792是一種耐高溫腐蝕的高溫合金,廣泛用于工業(yè)燃氣輪機。它是一種多晶材料,表現(xiàn)出良好的耐高溫腐蝕性能,但并不能滿足不斷升高的溫度所賦予的各項要求,因為高溫下材料的力學性能呈下降態(tài)勢。C含量對IN792合金顯微組織和力學性能的影響鮮有報道。為了改善IN792合金的顯微組織和力學性能,并研究C含量的合適范圍,研究人員研究了不同C含量下合金顯微組織、拉伸性能及持久性能的變化。
試驗合金IN792的化學成分為(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。熔煉工藝為真空感應熔煉,試樣澆注溫度為1430~1450℃,平均晶粒尺寸2~5㎜。試樣在1120℃固溶處理2小時,空冷,然后為二個階段的時效處理:1080℃的4小時和845℃的24小時,空冷。試驗結果如下:
當C含量在0.016~0.21%范圍內,γ'的形貌和尺寸不變,隨C含量從0.21下降至0.016%γ'的面積分數(shù)漸漸增大。
當C含量從0.016%變化到0.21%,碳化物面積分數(shù)從1.10%變化到2.72%。當C含量在0.050~0.14%范圍內,形成細的彌散MC和M23C6碳化物。當C含量在0.14~0.21%范圍內,發(fā)現(xiàn)碳化物顆粒尺寸很大。
碳含量為0.016%時,緣于晶界強度下降,試樣的塑性和屈服強度較低。碳含量在0.050~0.14%時,由于細碳化物鎖定了晶界以及細碳化物的彌散強化作用,試樣的屈服強度高。碳含量在0.15~0.21%時,試樣屈服強度下降。
隨著C含量從0.016%上升到0.086%,在760℃/662MPa和982℃/186MPa條件下,試樣的持久性能增強,而隨著C含量從0.086%繼續(xù)上升到0.14%,持久性能下降。C含量在0.15~0.21%范圍內,持久性能變化不大。(曉紅)