多元素共同作用对Ni-Nb-Cr-Mo基合金晶界δ相析出影响机制及强韧化相关性

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基本信息

  • 批准号：
    51571191
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    侯介山
  • 依托单位：
    中国科学院金属研究所
  • 学科分类：
    E0104.金属结构材料与力学行为
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

During long-term thermal exposure or service exposure, one of intermetallic phases, δ phase, is observed frequently in Nb bearing nickel-based superalloys which are used for larger castings in ultra-supercritical power plants. Because a large amount of needle-like δ phases or the δ phases being all through granular will degrade strength, toughness and stress-rupture life of the alloys, based on a Ni-Nb-Cr-Mo alloy system, this project will work for developing methods to control the precipitation of δ phases with interactions of alloy elements such as C, B, Hf, Al and Ti, including control of the amount of δ phases, restriction of the precipitation of δ phase at grain boundary, and being free of needle-like δ phases. Therefore, the project conducts the following points: (1) numerical simulation based on first-principles will be conducted to study the effect of different elements on the precipitation of δ phase, (2) study the law of nucleation and growth of δ phase with different stresses or free of applied stress, unearthing the mechanism with which the factors affect the δ phase formation, (3) study on the correlation between controlling of the precipitation of δ phase with interaction of diffrent elements methods with strengthening and toughening.
超超临界机组中大型铸件用含铌镍基高温合金在长期时效或使役过程中往往会析出δ相。由于大量的、贯穿整个晶粒的针状δ相对强度、韧性和持久寿命等力学性能有大的甚至严重的危害作用，故本项目拟通过多元素（C、B、Hf、Al和Ti）共同作用对Ni-Nb-Cr-Mo系合金晶界析出δ相进行控制，包括控制δ相析出数量；控制δ相分布在晶界附近，不析出在晶内；以及δ相不以针状形态析出。为此，本项目 (1)采用第一原理等理论方法和实验相结合，考察合金元素的交叉相互共同作用对δ相析出的影响；(2)建立包含应力参数的热力学和形核动力学模型，对比研究不同应力状态下δ相形核和长大过程；(3)合金元素配比控制晶界δ相析出和合金强韧化的相关性。

结项摘要

研究了NiCrMoNb合金中δ相和γʺ相的析出和转化机制。通过第一性原理和SEM，TEM和3D原子探针实验研究了合金中Ni3Nb-γʺ相向Ni3Nb-δ相转化机制：第一原理计算得出δ相从γ基体中析出的形成能绝对值比γʺ中大0.87eV/atom，表明δ 相从γ基体中析出的倾向性更明显；γʺ相之间的基体存在应变场对于δ相的形核起关键作用，而新析出δ相和γ″ 相之间的应变场诱导的界面位错，促进γ″相向δ相的转化，在随后的δ相长大过程中起重要作用。.添加不同Nb、Cr、Mo含量的合金中，Nb对δ相析出的影响较为显著，随着Nb含量增加，δ相析出量明显增多，而Mo和Cr一定程度上也促进了δ相的析出，但影响较小。添加不同Al、Ti、B元素合金在700 ℃/750 ℃下长期时效研究表明：合金在700℃时效300h后，晶界析出M23C6呈网状分布在晶界上，枝晶间和晶界附近析出盘状γ″相，且合金晶界和碳化物附近析出针状δ相。时效2000h后γ″相可以转化为δ相。Al和Ti元素的添加能够明显改善γ″相的稳定性。合金中加入的Al、Ti元素对合金的树枝晶组织和析出相影响很小，而B元素能够增加二次枝晶间距。添加这三种元素对合金主元素的偏析比影响很小。固溶处理后，无Al、Ti和B的合金和添加0.2Al0.2Ti合金中碳化物较多；添加B元素对合金的拉伸强度影响也不大，但能明显改善合金的拉伸塑性。通过热力学和动力学计算表明： Al/Ti比的增加或者（Al+Ti）含量的增加将会抑制Ni-Nb-Cr-Mo合金中δ相的析出，同时，δ相中的Nb含量也会增加，但是Mo含量会下降。δ相析出量随着Nb含量的增加而显著增加，但是B元素的增加对δ相含量没有影响。机器算法表明，优化后的Al、Ti和B添加比例会明显的提升合金持久性能。.多元素优化后，添加Al、Ti、B的无Hf合金中的主要组成相是MC、γ′、γ″，Al、Ti、Nb和Mo元素弱偏析于枝晶间，Cr和Ni元素偏析于枝晶干；Hf元素的加入主要影响Nb元素偏析行为。多元素共同作用使得合金中的δ相含量降低，且控制在晶界区域析出。Al、Ti、Nb、B和Hf元素的共同作用使δ相形成元素在应力作用下的扩散行为得到调节，促使合金中析出γ′相，进而明显提升合金持久性能。另外，γ′相与位错的交互作用主要是绕过机制。

项目成果

期刊论文数量（13）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Effect of Ta on microstructural evolution and mechanical properties of a solid-solution strengthening cast Ni-based alloy during long-term thermal exposure at 700 °C
Ta对固溶强化铸造镍基合金在700℃长期热暴露过程中显微组织演变和力学性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2017.09.194
  • 发表时间：
    2017-12
  • 期刊：
    Journal of Alloy and Compounds
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    S.Gao;J.S.Hou;F.Yang;L.Z.Zhou
  • 通讯作者：
    L.Z.Zhou
Effect of Nb on δ Phase Precipitation and the Tensile Properties in a cast alloy
Nb 对铸造合金中 δ 相析出和拉伸性能的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Metals
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Y.Q.Mu;C.S.Wang;W.L.Zhou;L.Z.Zhou
  • 通讯作者：
    L.Z.Zhou
The effects of boron addition on the microstructure stability and mechanical properties of a Ni-Cr based superalloy
添加硼对Ni-Cr基高温合金组织稳定性和力学性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.msea.2017.12.082
  • 发表时间：
    2018-02
  • 期刊：
    Materials Science and Engineering: A
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Fei Yang;Jieshan Hou;shaung Gao;Changshuai Wang;Lanzhang Zhou
  • 通讯作者：
    Lanzhang Zhou
Effects of tantalum on microstructure and mechanical properties of cast IN617 alloy
钽对铸造IN617合金显微组织和力学性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.msea.2017.09.014
  • 发表时间：
    2017-10
  • 期刊：
    Materials Science and Engineering: A,
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    S.Gao;J.S.Hou;F.Yang;C.S.Wang;L.Z.Zhou
  • 通讯作者：
    L.Z.Zhou
Characterization of microstructural evolution and mechanical properties of cast IN617B alloy after solid-solution and long-term aging treatment.
铸造IN617B合金固溶和长期时效处理后的显微组织演变和力学性能表征。
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Materials Science Forum
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Shuang Gao;Jieshan Hou;Lanzhang Zhou
  • 通讯作者：
    Lanzhang Zhou

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其他文献

两种铸造镍基高温合金在长期时效期间的微观组织和力学性能演变
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    周兰章
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  • 发表时间：
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  • 作者：
    侯介山
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    侯介山
  • 通讯作者：
    侯介山

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侯介山的其他基金

基于人工神经网络的高温合金蠕变曲线模拟
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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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