镍基合金中非金属夹杂物研究

摘要

随着科学技术和工业生产的日益发展，特别是航空、航天、导弹和电子工业技术等行业的飞速发展，对镍基合金的需求日益增大。由于目前国内生产的镍基合金大多质量无法与国外产品相媲美，因此每年需要进口大量的镍基合金产品（主要是镍基合金丝、板、片、带及箔材）。这些产品对合金中非金属夹杂物的要求较高，这也正是国内产品质量较差的主要原因之一。因此，本课题重点对镍基功能合金4J43和Cr20Ni80及镍基高温合金MAN900中的非金属夹杂物进行了详细研究。 本课题采用自主研制的新型电解液对镍基合金中的非金属夹杂物进行萃取分离，并对萃取得到的夹杂物进行总量计算及粒度分析。同时使用配有能谱的扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等分析仪器对夹杂物进行形貌观察和成分分析。 镍基功能合金4J43和Cr20Ni80中的夹杂物主要为块状、条状和球形等，其主要组成相为TiN（TiN0．76），以及由Al、Si、Ca、Mn、Fe等元素组成的简单化合物和复相化合物。两种合金中夹杂物的大小略有差异，Cr20Ni80中大尺寸夹杂物所占比例相对较大，但大部分夹杂物的尺寸仍<20μm。虽然两种功能合金中夹杂物的形状和组成较为相似，但同一形貌的夹杂物在不同合金中所占的比例及尺寸大小却各不相同。同样，同一元素在两种合金的夹杂物中所占比例及与其它元素的结合方式也各有差异。 采用不同于功能合金生产工艺生产的高温合金MAN900中的夹杂物组成则完全不同，主要为Cu3Ti3O、Ni3Fe、Ni2Mo4C等，其夹杂物总量也明显高于功能合金。分析认为不同厂家采用的不同生产工艺是使合金中夹杂物含量不同的主要原因。 本文以4J43合金为例，对钢液与夹杂物之间达成的平衡反应进行热力学分析。在合金化过程中，若不考虑钢液中溶解铝[Al]和α[o]对析出夹杂物的影响，当钢液反应达到平衡状态时，可能析出的夹杂物相主要为鳞石英（SiO2）、蔷薇辉石（MnO·SiO2）、锰铝榴石（3MnO·Al2O3-3SiO2）、锰尖晶石（MnO·Al2O3）和刚玉（Al2O3）。若考虑钢液中溶解铝[Al]和α[o]对析出夹杂物的影响，钢液反应达到平衡时，当钢液中溶解铝[Al]<0．5x10-6时，析出的夹杂物主要为鳞石英（SiO2）和蔷薇辉石（MnO·SiO2）；当钢液中溶解铝[Al]在0．5×10-6～2．5×10-6之间时，析出的夹杂物主要为锰铝榴石（3MnO·Al2O3·3SiO2）和锰尖晶石（MnO·Al2O3）；当钢液中溶解铝[Al]>2．5x10-6时，析出的夹杂物以刚玉（Al2O3）为主。当钢液中氧活度α[o]>0．0090时，析出的夹杂物主要为鳞石英（SiO2）和蔷薇辉石（MnO·SiO2）；当钢液中氧活度α[o]在0．0045～0．0090之间时，析出的夹杂物主要为锰铝榴石（3MnO·Al2O3·3SiO2）和锰尖晶石（MnO·Al2O3）；当钢液中氧活度α[o]<0．0045时，析出的夹杂物以刚玉（Al2O3）为主。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1镍及镍基合金

1.1.1概述

1.1.2膨胀合金4J43

1.1.3电热合金Cr20Ni80

1.1.4镍基高温合金MAN900

1.2非金属夹杂物

1.2.1非金属夹杂物的来源及分类

1.2.2非金属夹杂物对合金性能的影响

1.2.3非金属夹杂物的检验分析方法

1.3镍基合金中夹杂物的研究现状

1.4本课题研究内容及意义

第2章实验材料与方法

2.1实验材料

2.2实验方法

2.2.1试样制备

2.2.2实验方法

2.2.3检测分析方法

第3章不同工艺生产的4J43合金中夹杂物的研究

3.1 4J43合金中夹杂物的形貌

3.2 4J43合金的生产工艺

3.3不同生产工艺下4J43合金中夹杂物的分析

3.3.1夹杂物的总含量

3.3.2夹杂物的粒度及其分布

3.3.3夹杂物的形貌及成分分析

3.3.4夹杂物的物相分析

3.4小结

第4章电热合金Cr20Ni80中非金属夹杂物的研究

4.1 Cr20Ni80合金中夹杂物的形貌

4.2不同生产厂家Cr20Ni80合金中夹杂物的分析

4.2.1夹杂物总含量分析

4.2.2夹杂物粒度及其分布

4.2.3夹杂物的形貌及成分分析

4.2.4夹杂物的物相分析

4.3小结

第5章镍基高温合金MAN900中非金属夹杂物的研究

5.1夹杂物总含量

5.2夹杂物粒度及其分布

5.3夹杂物的形貌及成分分析

5.4夹杂物的物相分析

5.5小结

第6章钢液与非金属夹杂物的平衡热力学分析及实验结果讨论

6.1概述

6.2钢液与夹杂物反应的有关热力学资料

6.2.1合金成分

6.2.2基本热力学数据

6.2.3 MnO-Al2O3-SiO2三元系活度图

6.3精炼过程中析出的夹杂物

6.3.1精炼过程中析出的夹杂物组成的计算

6.3.2精炼过程中析出夹杂物的实验结果分析

6.4小结

结论与展望

参考文献

致谢

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