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微量元素对含Si蒙乃尔合金组织及性能的影响

韩昶  
【摘要】: 蒙乃尔(Monel)合金是以金属镍为主,金属铜为辅的镍基合金,该合金具有很好的抗腐蚀及良好的力学等性能。本文在真空熔炼条件下,通过添加硼和稀土铈元素,研究了B、Ce对含Si蒙乃尔合金组织及性能的影响。研究得出以下结论: 1.未添加微量元素制备的含Si蒙乃尔铸态合金的主要组织为:树枝状α基体、弥散分布于基体的β-Ni_3Si相以及分布于晶界和枝晶间的蜂窝状(α+β-Ni_3Si)共晶。 2.分别添加微量元素B、Ce后,在0.00~0010wt%范围内,随着B、Ce含量的增加,合金枝晶组织开始细化,(α+β-Ni_3Si)共晶组织形貌由网状向断网状演变;当B、Ce含量分别达到0.03wt%时,枝晶组织明显细化,共晶组织形貌呈断网状。 3.在0.00~0.10wt%B范围内,随着B含量的增加,合金的腐蚀电位逐渐正移,腐蚀电流亦逐渐减小;B含量达到0.03wt%时,合金的腐蚀电位最高,腐蚀电流最小,合金表面钝化膜致密;在0.00~0.10wt%Ce范围内,随着Ce含量的增加,合金的腐蚀电位逐渐正移,腐蚀电流逐渐减小;Ce含量达到0.03wt%时,合金的腐蚀电位较高,腐蚀电流较小,由于稀土铈参与成膜,合金表面钝化膜较致密;进一步增加Ce含量,合金的腐蚀电位正移趋势逐渐平缓,腐蚀电流下降趋势亦逐渐平缓。 4.在0.00~0.10wt%范围内,随着B、Ce含量的增加,合金的平均硬度先增大后降低;当B、Ce含量分别达到0.03wt%时,合金的平均硬度达到最高值分别为344HB和335HB。 5.B在含Si蒙乃尔合金中主要起到变质剂的作用,且最佳添加量0.03wt%;Ce在含Si蒙乃尔合金中主要起到净化剂的作用,且最佳添加量0.03wt%。 6.固溶温度在820℃~1120℃之间,含硼0.03wt%合金及含铈0.03wt%合金随着固溶温度的升高,其合金元素开始均匀化扩散,晶界处的β-Ni_3Si相的数量明显减少;当固溶温度达到1020℃时,枝晶偏析得到完全消除,晶界处的β-Ni_3Si相完全溶解;随着固溶温度的进一步升高,当温度达到1120℃时,晶界因熔化而出现了鱼骨状过烧组织。 7.固溶温度在820℃-1120℃之间,含硼0.03wt%合金及含铈0.03wt%合金随着固溶温度的升高,合金腐蚀电位逐渐增大,腐蚀电流急剧变小;当固溶温度为1020℃时,合金腐蚀电位最高,腐蚀电流最小。 8.时效温度在500℃-700℃之间,含硼0.03wt%合金及含铈0.03wt%合金随着时效温度的升高,合金中的β-Ni_3Si强化相的数量逐渐增加,硬度也随之增大;在时效温度为600℃时,β-Ni_3Si强化相析出的数量最多,合金硬度最高,其中含硼0.03wt%合金硬度最高值为361HB,含铈0.03wt%合金硬度最高值为357HB;时效温度为700℃时,合金中的部分β-Ni_3Si相聚集长大,合金硬度降低。 9.初步认为含硼0.03wt%合金及含铈0.03wt%合金最佳热处理工艺是:1020℃固溶4h,油冷;然后600℃时效处理4h,空冷。


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