多元素交互作用与Ni-Fe-Cr基合金组织稳定性的相关性

The Ni-Fe-Cr based alloy GH984 is a candidate materials for 700℃ advanced ultra supercritical power plants.However,the η and σ phase precipitate during long-term thermal exposure due to the high Fe, Cr content and Ti/Al ratio. This restrictes the construction of power plants. But the influence mechanism of Fe、Cr、Ti and Al on the η and σformation and evolution of Ni-Fe-Cr based alloy is not clear during long-term thermal exposure for tens of thousands of hours. In this project, by adjusting the Fe, Cr, Ti and Al content, the precipitation and evolution of η and σ phase, and the distribution characteristics of alloy elements are investigated during long-term thermal exposure for tens of thousands of hours. The influence mechanism of elements interaction on η and σ formation and evolution will be clarified.The influence of microstructure characteristics on mechanical properties is also studied. The relationship among alloy elements, structural characteristics and stability and mechanical properties is established to take advantage of Fe, Cr, Ti and Al elements,improve the endurance strength of alloy,control harmful phase precipitation and prove the scientific foundation for the design of Ni-Fe-Cr based alloy.

700℃先进超超临界火电机组(A-USC)用高性能Ni-Fe-Cr基合金GH984的Fe、Cr含量和Ti/Al都很高，导致长期时效时合金组织失稳，析出有害η和σ相，成为制约火电机组建设的瓶颈，但在Ni-Fe-Cr基合金长达上万小时时效过程中，Fe、Cr、Ti和Al元素交互作用对η和σ相形成及演化的作用机制尚不清楚。通过调整Fe、Cr、Ti和Al含量，考察长达上万小时时效过程中合金元素分布特征、η和σ相的析出和演化规律，明确元素交互作用对η和σ相析出和演化的作用机制，研究组织特征影响力学性能的规律，建立合金元素-组织特征及其稳定性-力学性能之间的联系，以充分发挥Fe、Cr、Ti和Al各自的优势，提高合金持久强度同时控制有害η和σ相析出，为高性能Ni-Fe-Cr基合金材料设计奠定科学基础。

700℃先进超超临界火电机组(A-USC)用Ni-Fe-Cr 基合金具有高Fe、Cr含量和Ti/Al的特点，服役条件下长期使用易析出有害η和σ相，降低合金性能。本项目系统研究了Ni-Fe-Cr 基合金中η和σ相的形成和演化及其对力学性能的影响规律，合金元素交互作用与η和σ相析出的相关性，取得了一些创新性成果。研究表明，Ni-Fe-Cr 基合金中析出的η相为Ni3Ti型，通过消耗γ'相长大，长大方式为台阶长大，长大过程受Ti元素扩散控制。η相首先在晶界析出，随后在晶内析出并形成魏氏组织，低Ti/Al比、高Ti+Al含量或低Fe含量降低η相的析出倾向。σ相为(Ni, Fe)(Cr, Mo)型，高Fe、Cr和Mo含量导致基体过饱和是σ相析出的根本原因。σ相析出倾向不仅与电子空位数Nv和d电子理论计算的Md值相关，还与合金的Cr/Fe比相关，低Cr/Fe比降低σ相的析出倾向。合金变形过程中η和σ相周围均会形成应力集中，小尺寸的η相不会成为裂纹源，而大尺寸或魏氏组织η相或小尺寸的σ相却会成为裂纹源而显著降低合金力学性能。研究结果可以为Ni-Fe-Cr 基合金组织及性能控制提供参考，为设计和开发性能优良的Ni-Fe-Cr 基合金提供理论基础。.项目组通过3年的研究，完成了研究任务，实现了预定目标。在Materials and Design、Materials Science and Engineering A、Journal of Materials Research等国际和国内期刊发表论文11篇，其中SCI学术论文9篇。