金属間化合物を強化相とするオーステナイト系耐熱鋼の相変態と組織形成

以金属间化合物为强化相的奥氏体耐热钢的相变与组织形成

基本信息

批准号：
01J11570
负责人：
鈴木茜
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

1.本研究では,使用温度においてフェライト系耐熱鋼(630℃以下)とNi基超合金(800℃以上)の間にあるオーステナイト(fcc)系耐熱鋼に着目し,強化相として従来の炭化物ではなく金属間化合物を体積率にして50%以上含有する,新しい耐熱鋼を開発する上で必要不可欠な組織制御に関する基礎的知見を得ることを目的とした.本研究では,モデルケースとしてKurnakov型化合物Ni_3V(D0_<22>構造)の生成するNi-V系合金を用い,前年度までに得られた結果と併せて,優れた熱的安定性を有する組織を得るための組織制御法を(1)相変態,(2)化合物の形態の観点から検討し,以下の結論を得た.(1)fcc/D0_<22>2相組織の形成様式高温fcc固溶体域から急冷したNi-V合金は,fcc/D0_<22>2相域において時効すると,次の3通りの様式により2相組織を形成する:(A)D0_<22>→D0_<22>+fcc(fcc相の析出),(B)D0_<22>→D0_<22>+fcc(D0_<22>相のスピノーダル分解),(C)Al→Al+D0_<22>(D0_<22>相の析出).このうち,(B)では,D0_<22>相が母相となるため,その体積率を高くすることができ,かつ2相の組成が連続的に変化するため界面は優れた整合性を示す.様式(B)による組織の形成領域は,D0_<22>相とfcc相間のT_0温度以下,かつD0_<22>相のmiscibility gapの内側である.(2)fcc/D0_<22>2相整合組織におけるD0_<22>相の形態(B)の2相組織におけるD0_<22>相の形態は,D0_<22>相のa, c軸方向に沿う格子ミスフィット(δ_a,δ_c)が,-0.2%<δ_a<0,δ_c/δ_a=-1のとき角柱となり,最も熱的安定性が高くなる.これは,δ_aを0に近づけるとD0_<22>相はd軸方向に沿って優先的に成長し,不変線方向への成長が抑制されるためである.また,δ_c/δ_a~-1にすることにより晶へき面の時効に伴う回転を抑制できる.格子ミスフィットは合金元素の単独または複合添加により制御可能である.2.また,平成15年10月から平成16年3月まで米国ミシガン大学において,耐熱合金における金属間化合物の新たな利用法を検討するため,Mg-Al-Ca系ダイキャスト合金の強化機構を調べた.その結果,鋳造時にα-Mg粒界に形成される非平衡共晶組織(α-Mg+Mg_2Ca)は時効により構成相がα-Mg+Al_2Caに変化するものの,共晶組織は安定であり,粒界すべりの抑制に効果的であることを明らかにした.また,共晶組織が高い安定性を示すのは,Mg_2Ca(C14)からAl_2Ca(C15)への相変態がin-situ nuclcationにより生じるためであることを見いだした.

1.本研究重点研究奥氏体（FCC）耐热钢，其使用温度介于铁素体耐热钢（630℃以下）和镍基高温合金（800℃以上）之间，我们重点研究奥氏体耐热钢（FCC）耐热钢，其温度介于铁素体耐热钢（630℃以下）和镍基高温合金（800℃以上）之间，具有显微组织控制的基础知识，这对于开发金属间化合物含量超过 50% 的新型耐热钢至关重要。在本研究中，我们以库尔纳科夫型化合物Ni_3V（D0_<22>结构）生产的Ni-V合金作为模型案例，结合前一年获得的结果，我们发现它具有优异的热稳定性。从(1)相变和(2)化合物形貌的角度研究了获得该结构的结构控制方法，得到以下结论：(1)fcc/D0_<22>两相结构。形成方式当Ni-V合金从高温FCC固溶区快速冷却到FCC/D0_<22>两相区时效时，通过以下三种方式形成两相组织： (A) D0_ <22>→D0_<22>+fcc（fcc相析出），（B）D0_<22>→D0_<22>+fcc（D0_<22>相旋节线分解），（C）Al→Al+D其中，(B)中，D0_<22>相成为母相，因此可以增加其体积分数，两相的组成为。界面显示出优异的一致性，因为它连续变化。根据模式（B）的结构形成的区域位于D0_<22>相和fcc相之间的T_0温度以下，并且由于D0_<22>相的混溶性阶段。 (2) fcc/D0_<22>二相相干结构中D0_<22>相的形貌 (B)中二相结构中D0_<22>相的形貌为a，当沿c轴方向的晶格失配（δ_a，δ_c）为-0.2%<δ_a<0，δ_c/δ_a=-1时，成为棱柱体，具有最高的热稳定性，此时D0_<22>。相优先沿 d 轴方向生长，不变线方向另外，通过设定δ_c/δ_a~-1，可以通过单独或组合添加合金元素来抑制由时效引起的晶体解理面的旋转。另外，从2003年10月到2004年3月，在密歇根大学，我们研究了Mg-Al-Ca压铸合金的强化机制，以探索金属间化合物在耐热合金中的新用途。结果，我们发现Mg-Al-Ca压铸合金的强化机制-Ca压铸合金在铸造过程中在α-Mg晶界形成非平衡共晶组织(α-Mg+Mg_2Ca)。虽然组成相转变为α-Mg+Al_2Ca，但共晶组织稳定，能够有效抑制晶界滑移。同时，共晶组织表现出高稳定性的原因在于，从Mg_2Ca(C14)到Al_2Ca( C15) 是原位的。我们发现这是由成核引起的。