【GB国家标准】 铸造高温合金电子空位数计算方法

GB/T 31309—2020 铸造高温合金电子空位数计算方法 Calculation of electron vacancy number in cast superalloys 发布日期：2020-06-02 实施日期：2020-12-01 前言 本标准按照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。 本标准代替GB/T 31309—2014《镍基高温合金电子空位数计算方法》，与GB/T 31309—2014相比，主要技术变化如下： 1. 增加了钴基铸造高温合金电子空位数计算方法（见2.2、2.4、3.2和4.2.2）； 2. 修改了镍基铸造高温合金电子空位数计算方法（见2.2、2.3和4.2.1，2014年版的第2章和4.2）； 3. 删除了电子空位数矩阵中的铜元素，增加了钽元素，修改了镍元素的电子空位数（见表1，2014年版的表1）； 4. 增加了典型高温合金电子空位数计算和应用实例（见附录B）。 本标准由中国钢铁工业协会提出，由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183）归口。 本标准起草单位：北京钢研高纳科技股份有限公司、钢铁研究总院、冶金工业信息标准研究院、中国航发北京航空材料研究院、中国航发南方工业有限公司、中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司。 本标准主要起草人：吴剑涛、吴保平、李维、燕平、戴强、宋尽霞、李炼、李波、陈惠霞。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GB/T 31309—2014。 1 范围 本标准规定了铸造高温合金电子空位数的计算原理、计算步骤、计算方法和结果应用。本标准适用于铸造高温合金母合金及铸件的电子空位数的计算。 2 计算原理 铸造高温合金强化元素种类多，且各合金元素饱和度高，易于析出对强度和塑性产生不利影响的TCP相，该相主要包括$lpha$、$mu$、Laves相等。这些相的析出规律与合金固溶体中合金元素的d层电子轨道未充满的程度——即电子空位数有关。合金的电子空位数$N_v$采用式（1）计算： $N_v = \sum [m_i(N_i)] / n$ ......(1) 式中： $N_v$ 为合金的电子空位数； $m_i(N_i)$ 为合金中固溶体的第$i$个元素的原子分数； $N_i$ 为第$i$个元素的电子空位数； $n$ 为合金固溶体中元素的数目。 2.2 计算电子空位数时，应了解合金中的沉淀相。镍基铸造高温合金的沉淀相包括硼化物、碳化物和$sigma$相，钴基铸造高温合金沉淀相包括硼化物和碳化物。扣除这些沉淀相析出所占用的合金元素后，确定固溶体成分，然后计算电子空位数。 2.3 镍基铸造高温合金电子空位数计算原则如下： a) 镍、铬、钛和钼形成$(Mo_{0.5}Ti_{0.15}Cr_{0.25}Ni_{0.10})B_2$ 硼化物，由此得到析出硼化物以后的元素剩余含量； b) 镍基合金中主要碳化物类型有MC、$M_{23}C_6$和$M_6C$。假设1/2C形成MC即$(Hf, Ta, Nb, Ti, Zr, V)C$，1/2C形成$M_{23}C_6$即$Cr_{23}(Mo, W)C$ [$(W+Mo) \leq 6\%$ 时]，或者$M_6C$即$Ni_6(Mo, W)C$ [$(W+Mo) > 6\%$ 时]，由此得到析出碳化物以后的元素剩余含量； c) 剩余的铝、钛、铪、钽、钼、50%原始含量的钒以及3%原始含量的铬，与3倍的镍形成$sigma$相，即$Ni(Al, Ti, Nb, Hf, Ta, 0.5V, 0.03Cr)$，由此得到析出碳化物、硼化物及$sigma$相以后的剩余固溶体成分； d) 利用式（1）计算剩余固溶体平均电子空位数$N_v$。 2.4 钴基铸造高温合金电子空位数计算原则如下： a) 镍、铬、钛和钼形成$(Mo_{0.5}Ti_{0.15}Cr_{0.25}Ni_{0.10})B_2$ 硼化物，由此得到析出硼化物以后的元素剩余含量； b) 钴基合金中主要碳化物类型有MC、$M_{23}C_6$和$M_6C$。假设1/2C形成MC即$(Hf, Ta, Nb, Ti, Zr, V)C$，1/2C形成$M_{23}C_6$即$Cr_{23}(Mo, W)C$ [$(W+Mo) \leq 6\%$ 时]，或者$M_6C$即$Co_6(Mo, W)C$ [$(W+Mo) > 6\%$ 时]，由此得到析出碳化物以后的元素剩余含量； c) 利用式（1）计算剩余固溶体平均电子空位数$N_v$。 3 计算步骤 3.1 镍基合金的电子空位数$N_v$应按以下顺序计算： a) 将每种元素的质量分数转换为原子分数； b) 计算硼化物和碳化物析出后的元素剩余含量； c) 计算相析出后的元素剩余含量； d) 计算剩余各元素在基体相中所占的原子百分数； e) 计算合金的电子空位数$N_v$。 3.2 钴基合金的电子空位数$N_v$应按以下顺序计算： a) 将每种元素的质量分数转换为原子分数； b) 计算硼化物和碳化物析出后的元素剩余含量； c) 计算剩余各元素在基体相中的含量。