高溫合金晶界強(qiáng)化(grain  boundary   strengthening  of  superalloy)
添加微量元素改善晶界狀態(tài)達(dá)到高溫合金強(qiáng)化的目的。晶界的晶體結(jié)構(gòu)不規(guī)則，原子排列混亂，晶格歪扭，又存在各種晶體缺陷(如位錯(cuò)、空洞等)，因此晶界在高溫變形時(shí)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。在高溫蠕變時(shí)，晶界形變量占總形變量的50％，因此強(qiáng)化晶界就成為高溫合金強(qiáng)化的一個(gè)重要部分。一些有害雜質(zhì)元素的溶解度很小且往往偏析于晶界，生成低熔點(diǎn)共晶化合物。硫在γ—Fe中的溶解度只有0.015％。因此合金中所含的硫在鐵中易形成熔點(diǎn)為988C的Fe+FeS低熔點(diǎn)共晶。硫在鎳中會(huì)形成熔點(diǎn)只有644℃的Ni+Ni3S2共晶。這些低熔點(diǎn)共晶在晶界的形成會(huì)大大惡化合金的熱加工性能和高溫?zé)釓?qiáng)性。通常高溫合金中的硫含量控制在0.015％以下，優(yōu)質(zhì)高溫合金控制在0．005％～0.007％以下。美國(guó)宇航材料標(biāo)準(zhǔn)AMS2280規(guī)定鎳基高溫合金必須滿足雜質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)，要求鉍、鉈、碲、鉛、硒5個(gè)元素含量分別在(0.5～5)×10-6以下，同時(shí)對(duì)銻、砷、鎘、鎵、鍺、金、銦、汞、鉀、鈉、釷、銀、錫、鈾、鋅等15個(gè)微量雜質(zhì)元素的含量分別控制在50×10-6以下，其總和還不允許超過4O0×10-6為了消除有害雜質(zhì)和氣體的不利作用，進(jìn)一步凈化和強(qiáng)化晶界，可以加入一些微量元素，諸如硼、鋯、鉿、鎂、鈣、鋇、鑭和鈰等。硼在晶界偏聚，形成M3B2硼化物(見高溫合金材料的間隙相)進(jìn)行強(qiáng)化。硼能抑制晶界片層狀、胞狀析出相以及改善碳化物密集不均勻分布的狀態(tài)，因而對(duì)熱強(qiáng)性有利。鐵、鎳基高溫合金中硼含量總在0.05％以下，通?？刂圃?.01％～0.02％左右。鑄造高溫合金中硼含量略高，一般可達(dá)0.02％～0.03％左右。鋯和硼有類似作用，但其效果不如硼大。鎂是晶界偏聚元素，使晶界碳化物呈顆粒狀分布，因而阻止沿晶裂紋的快速擴(kuò)展，有利于熱強(qiáng)性。鎂使高溫合金的蠕變第二階段延長(zhǎng)，第三階段擴(kuò)展，因而獲得高的塑性和長(zhǎng)的斷裂壽命。由于鎂使持久斷裂塑性提高，可以大大改善持久缺口敏感性。鎂還有去除雜質(zhì)元素的潔凈作用。鎂、鈣、鋇、鑭和鈰等元素由于化學(xué)性活潑，與氧有很大的親和力，可以在冶煉過程中起良好的脫氧去氣作用，又能和一些低熔點(diǎn)雜質(zhì)生成密度較小的難熔化合物，消除有害雜質(zhì)在晶界的不利作用。這些微量元素的加入量都有一個(gè)******量，過量加入反而會(huì)使熱強(qiáng)性下降。