铸造高温合金电子空位数计算方法

铸造高温合金电子空位数计算方法

国家标准 GB/T31309一2020 代替GB/T313092014 铸造高温合金电子空位数计算方法 CaleulationofeleetronVacaneynumberincastsuperalloys 2020-06-02发布 2020-12-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/31309一2020 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准代替GB/T313092014《镍基高温合金电子空位数计算方法》,与GB/T31309-2014相 比,主要技术变化如下 -增加了钻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); 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); 一删除了电子空位数矩阵中的铜元素,增加了钉元素,修改了镍元素的电子空位数(见表1,2014年 版的表1); 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. 本标准由钢铁工业协会提出 本标准由全国锅标准化技术委员会(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、 航发北京航空材料研究院、航发南方工业有限公司、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/T313092014
GB/31309一2020 铸造高温合金电子空位数计算方法 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 计算原理 2.1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d、,L.aves相等 这些相的析出规律与合金丫固溶体中合金元素的d层电子轨 -即电子空位数有关 合金的电子空位数N、值采用式(1)计算 道未充满的程度 m.,(N,) N 式中: N 合金的电子空位数; 合金中固溶体的第i个元素的原子分数; 71 (N、 第i个元素的电子空位数 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碉化物、碳化物和 Y相,钻基铸造高温合金沉淀相包括碉化物和碳化物 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 镍、铬、钛和钼形成(Mo,Ti,s,Cr,,Nin),B碉化物,由此得到析出础化物以后的元素剩 a 余含量 b 镍基合金中主要碳化物类型有MC、MC 和M,C 假设1/2C形成MC即Hf,Ta,Nb,Ti Zr,V)C,1/2C形成MC，即CrMo,w);C,[(w十Mo)<6%时],或者M,C即NiCo.Mo w).c[(w十Mo)>68%时],由此得到析出碳化物以后的元索剩余含量 剩余的铝、钛、、锯、钮、50%原始含量的钥以及3%原始含量的铬,与3倍的镍形成?相,即Ni (A,Ti,Nb,Hf,Ta,0.5V,0.03Cr),由此得到析出碳化物,碉化物及?'相以后的剩余固溶体成分 d 利用式()计算剩余固溶体平均电子空位数N. 2.4钻基铸造高温合金电子空位数计算原则如下 镍、铬、钛和钼形成(Mo后,T,s,Cr,,Ni,n),B碉化物,由此得到析出础化物以后的元素剩 a 余含量 b 钻基合金中主要碳化物类型有MC,MC，和M,C 假设1/2C形成MC即Hf,Ta,Nb,Ti Zr,V)c.,l/2C形成M.c，即Cra(Mo,w).c.[(w十Mo)<6%时],或者MC即Nico.(Mo. w).c[(w十Mo)>6%时],由此得到析出碳化物以后的元素剩余含量 利用式(1)计算剩余固溶体平均电子空位数N
GB/T3130g一2020 3 计算步骤 3.1镍基合金的电子空位数N、应按以下顺序计算 将每种元素的质量分数转换为原子分数 a b) 计算碉化物和碳化物析出后的元素剩余含量; e 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; 计算合金的电子空位数N. e 3.2钻基合金的电子空位数N，应按以下顺序计算 将每种元素的质量分数转换为原子分数 a 计算碉化物和碳化物析出后的元素剩余含量 b) 计算剩余各元素在基体相中所占的原子百分数 c d 计算合金的电子空位数N. 3.3建立与表1相似的矩阵,计算合金的电子空位数 表1计算合金的电子空位数N,的矩阵 析出后元素固溶体元素 元素的电 合金的电 质量分 原子 质量分数/原子分数 原子分数 原子分数 子空位数 子空位数 数/% 质量 /% 原子质量 栏目 元素 /% N. m(N, mm E B H 行1 52.00 4.66 Cr Tm 47.90 6.66 行2 行3 Mo 95.94 4.66 26.98 7.66 行4 Al Co 58.93 1.71 行5 10.81 7.66 行6 行7 Zr 91.22 6.66 行8 12.01 行9 Si 28.09 6.66 行10Mn 54.94 3,66 Fe 55.85 2.66 行1 行 12 Ru 101.07 2.66 50.94 5,66 行13 W 行14 183.85 4.66 Ta 180.95 5,66 行15 行16 Nb 92.91 5.66 178.49 行17 H 6.66
GB/31309一2020 表1(续》 析出后元素固溶体元素 元素的电 合金的电 质量分 原子质量分数原子分数 原子分数 子空位数 子空位数 原子分数 数/% 质量 原子质量 /% 栏目 元素 1 N、) m,(N, mn E B G HI 186.21 行18 Re 4.66 行19 Ni 58.71 0.66 总郁 计算方法 4.1原子分数 4.1.1在A栏每行输人每个元素的质量分数 合金中若无某种元素,则输人0 将其他元素的质量分 数相加,用100减去总数,确定镍或钻的质量分数 4.1.2每种元素的质量分数(A栏)除以其对应的原子质量(B栏),然后将所得结果填人表中的C栏 将C栏的值相加获得C栏的总和,然后分别用C栏中每种元素的值除以C栏的总和,将该值输人" D 栏,得到元素的原子分数 4.2沉淀相析出后元素原子分数 4.2.1镍基合金沉淀相析出后元素原子分数 镍基合金沉淀相析出后铬、钼、镍、鸽、钻、钮和的原子分数按表2规定进行计算,将结果输人相应 的E1、E3E19、E14、E5、EI3和E7中 钛、铝、砌、碳、钮、锯和的原子分数E2、E4、E6、E8、EI5、E6 和E17输人0 硅、缸、铁、钉和眯的原子分数E9.E10,E11,E12和E18直接输人相应行中D9,D10、 D11、,D12和D18的值 表2镍基合金沉淀相析出后铬,钼,镍、钨钻、钥和错元素原子分数 沉淀相析出后元素原子分数 元素 w+Mo<6% w+Mo>6% Dx0.97-0.375xD6一1.75xI8,将结果输人E1栏 D1×0.97一0.375×D6,将结果输人E1栏 其中: 其中 铬 -D1是Cr的原子分数 -D1是Cr的原子分数: -D6是B的原子分数 -D6是B的原子分数 -D8是C的原子分数 D3一0.75×D6一0.167×D8×D3/(D3十D14). ),将结果输D3一0.75xD6一1.5xD8xID3/(D3+D14),将结果输 人E3栏,其中: 人E3栏,其中 -D3是M的原子分数; -D3是Mo的原子分数 钼 -D是B的原子分数 D6是B的原子分数; -D8是C的原子分数; -D8是C的原子分数; -D14是w的原子分数 -Dl4是w的原子分数
GB/T3130g一2020 表2(续 沉淀相析出后元素原子分数 元素 -MMo<6% W十 W十Mo6% D19-0.15XD6-3XD十O.O3XD十D16-O.5XDSD19-O.5XD6-0.5D一3XD十0.03XD1十 D16/(D2十D7十D13十D15十D16十D17)十D2一0.225D16一0.5×D8×D16/(D2十D7十D13十D15十D16- ×D6-0.5×D8×D2/(D2+D7+D13D15+D16十D17)+D2一0.225×D6-0.5×D8×D2/D2+D7" D17)十D15一0.5×D8×D15/(D2十D7十D13+D15十D13+D15+D16D17)十D15一0.5×I8×D15/(D2 D16十D17)十D17一0,5×D8×D17/D2十D7十D13 +D7+D13+D15+D16+D17)+D17-0.5×D8× D15十D16十D17)十0.5×D13),将结果输人E19栏，D17/(D2十D7十D13十D15十D16十D17十0.5x 其中 D13),将结果输人E19栏,其中 -D19是Ni的原子分数 D19是Ni的原子分数; -D6是B的原子分数; 6是B的原子分数 镍 -D是Al的原子分数; D4是Al的原子分数 D1是Cr的原子分数 D1是Cr的原子分数; -D16是Nb的原子分数; D16是ND的原子分数 D2是Ti的原子分数; D2是T的原子分数; D15是Ta的原子分数 D15是Ta的原子分数; 8是C的原子分数; -D8是C的原子分数; D17是H的原子分数 D17是H的原子分数; D13是V的原子分数; D13是V的原子分数 D7是Zr的原子分数 D7是Zr的原子分数 |D14一0.167×D8×D14/D3十D14),将结果输人El4D14一1.5×D8×D14/D3D14),将结果输人El4 栏,其中 栏,其中 D14是w的原子分数; D14是w的原子分数; 钨 D8是C的原子分数; D8是c的原子分数; D3是Mo的原子分数 -D3是Mo的原子分数 D5-D8,将结果输人E5栏,其中 将D结果输人E5栏,其中 钻 -D5是Co的原子分数; -D5是co的原子分数 -D8是C的原子分数 D13×0.5一0.5×D8×D13/(D2+D7D13+D15+D16+D17),将结果输人E13栏,其中: -D13是V的原子分数; -D8是C的原子分数; D2是Ti的原子分数 钯 D7是Zr的原子分数 D15是Ta的原子分数 -D16是Nb的原子分数; D17是H的原子分数 DD7 -0.5xD8×Dm/(2+7+D13+D15+D16+D17),将结果输人:栏,其中 D7是Zr的原子分数 -D8是C的原子分数; D2是Ti的原子分数" 错 -D13是V的原子分数; -D15是Ta的原子分数 -D16是Nb的原子分数 -D17是H的原子分数
GB/31309一2020 4.2.2钻基合金沉淀相析出后元素原子分数 钻基合金沉淀相析出后铬、钼、镍、钨、钻、钥、错、钛、钮、轭和的原子分数按表3规定进行计算,将 结果输人相应的E1、E3,E19,E14,E5,E13、E7、E2,E15和E17中 碉和碳的原子分数E6和E8输 人0.铝、硅、、铁、钉和徕的原子分数E4E9,E10,E11,E12和E18直接输人相应行中D4、D9、,D10 D11,D12和D18的值 表3钻基合金沉淀相析出后铬、钼、镍、钨、钻、钥、错、钛、钼、锯和铅元素原子分数 沉淀相析出后元素原子分数 元素 w十Mo>6% w十Mo<6% D1一0.375×D6一1.75×D8,将结果输人E1栏,其中: D1一0.375×D6,将结果输人E1栏,其中 -D1是Cr的原子分数 铬 -D1是Cr的原子分数: -D6是B的原子分数 -D6是B的原子分数 D8是C的原子分数 D3-0.75×D6-0.167×D8×D3/D3+D14),将结果输D3-0.75×D6-1.5×D8×D3/(D3+D14),将结果输 人E3栏,其中 人E3栏,其中 -D3是Mo的原子分数 -D3是Mo的原子分数 钼 -D6是B的原子分数 D6是B的原子分数; -D8是C的原子分数; -D8是C的原子分数， -D14是w的原子分数 -D14是w的原子分数 D19-0.15×D6一0.5×ID8,将结果输人E19栏,其中 ID19-0.,15×D6,将结果输人E19栏,其中 -D19是Ni的原子分数 D19是Ni的原子分数" 镍 -D6是B的原子分数; -D6是B的原子分数 -D8是c的原子分数 ID14-.167×D8×D143十D14),将结果输人E14D4-1.5×D8xD4/D8十D4)将结果输人E14栏 栏,其中 其中 D14是w的原子分数; -Dl4是w的原子分数; -D8是C的原子分数; D8是C的原子分数; -D8是Mo的原子分数 -D3是Mo的原子分数 5-D8,将结果输人E栏,其中 将D5结果输人E5栏,其中: 钻 -D5是Co的原子分数; -5是co的原子分数 -D8是C的原子分数 Ip13一0.5×D8×(D13/(I2十D7十D13十D15十D16十D17),将结果输人E13栏,其中 -D13是V的原子分数; -D8是c的原子分数; -D2是Ti的原子分数 钥 -D7是Zr的原子分数 D15是Ta的原子分数 -D16是Nb的原子分数; -D17是H的原子分数
GB/T3130g一2020 表3(续 沉淀相析出后元素原子分数 元素 w+Mo 十Mo<6% -6% W- ID7一0.5xI8×Dm/(2+D7+D13+D15+16十17),将结果输人:栏,其中 D7是Zr的原子分数; -D8是C的原子分数; D2是Ti的原子分数 错 -D13是V的原子分数; D15是Ta的原子分数 -D16是Nb的原子分数 -m7是H的原子分数 2一0.225xD6-0.5xD8×D2/(D2十D7+D13+D15十D16十D17),将结果输人E22栏,其中 D2是Ti的原子分数; -D6是B的原子分数; D7是Zr的原子分数; 钛 -D8是c的原子分数; -D13是V的原子分数; D15是Ta的原子分数 -D16是Nb的原子分数; -D17是H的原子分数 D15一0.5×D8×D15/(D2+D7十D13+D15+D16十D17),将结果输人E15栏,其中 D2是Ti的原子分数 D7是Zr的原子分数 -D8是c的原子分数; 钮 -D13是V的原子分数; D15是Ta的原子分数 -D16是Nb的原子分数; -D17是H的原子分数 D16一0.5×D8×D16/(I2十D7十D13十D15十D16十D17),将结果输人E16栏,其中 D2是Ti的原子分数; D7是Zr的原子分数; -D8是c的原子分数; 锯 -D13是V的原子分数; -D15是Ta的原子分数 -D16是Nb的原子分数; -D17是H的原子分数
GB/31309一2020 表3(续》 沉淀相析出后元素原子分数 元素 w+Mo<6% W十Mo6% D17一0.5×D8×D17/(D2十D7十D13+D15十D16十D17),将结果输人E17栏,其中 D2是Ti的原子分数 -D7是Zr的原子分数 -D8是c的原子分数; 铃 -D13是V的原子分数; D15是Ta的原子分数 -D16是ND的原子分数; -D17是H的原子分数 4.3计算剩余?固溶体元素原子分数 将E栏的值相加获得E栏的总和,然后分别用E栏中每种元素的值除以E栏的总和,将结果输人 到对应的F栏,得到固溶体元素原子分数 4.4计算电子空位数 4.4.1用F栏中每种元素的固溶体元素原子分数乘以对应的G栏中的电子空位数,将结果输人到对应 的H栏中 4.4.2合金的电子空位数N、是H栏输人值的总和,修约到0.01单位 4.4.3镍基合金电子空位数N、矩阵计算实例参见附录A 结果应用 当N、不小于临界值N:,则合金趋于析出TCP相;当N、小于临界值N、时,则认为合金组织是稳 定的,不析出TCP相 临界值N、是不同合金不同状态下通过试验确定的,应用实例参见附录B
GB/T3130g一2020 附 录 A (资料性附录) 银基合金电子空位蚊N. 矩阵计算实例 A.1镍基合金化学成分见表A.1 表A.1镍基合金化学成分 质量分数/% 元素 质量分数/% 元素 C 15.8 Mn 0.03 T 3.45 Fe 0.35 1.65 Mo Ru 0.00 A 3.45 0,00 Co 8.50 w 2.5 B 0.01 Ta 1.75 N 0.00 0,04 0.17 Hf 0,00 S 0.03 R 0.,00 A.2镍基合金电子空位数N,矩阵计算实例见表A.2 表A.2镍基合金电子空位数N,矩阵计算实例 元素的电 合金的电 质量分 质量分数" 原子 析出后元素固溶体元素 原子质量 子空位数 子空位数 数/% 原子质量分数/%原子分数/%原子分数m 栏目 元素 N， m,(N, G H 行1 C 15.8 52.00 0.3038 0.1714 0.1521 0.3078 4.66 1.4344 T 3,45 47.90o 0.,0720 0,0406 0.0000 0.000o 6.66 0.0000 行2 Mo 1.65 95.94 0.,0172 0.0097 0,0086 0.0173 4.66 0.0808 行3 A 3.45 26.98 0.1279 0.0721 0.0000 0.000o 7.66 0.0000 行4 4 行5 Co 8.50 58.93 0.1442 0.081 0.0814 0.l647 1.71 0.281 行6 0.01 10.81 0,0009 0.0005 0.0000 0.0000 7.66 0.0000 行7 Z. 0.,04 91.22 0,0004 0.0002 0,0002 0.0005 6.66 0.0030 行 12.01 012 0.0142 0.0080 0.0000 0.0000 0.00 0.0000 S 0.03 28.09 0.0011 0.0012 6.66 行9 0.0006 0.0006 0.0081 Mnm 0.03 54.94 0,0005 0.0003 0.0003 0.0006 3.66 0.,0023 行10 行11 Fe 0.35 55,85 0,0063 0,0035 0,0035 0.0072 2.66 0,0190 行12 Ru 0.,00 101.07 0,0000 0.0000 0.0000 0.0000 2.66 0.0000
GB/31309一2020 表A.2(续》 元素的电 合金的电 质量分 质量分数 原子 析出后元素固溶体元素 原子质量 子空位数 子空位数 小 原子质量分数/%原子分数/%原子分数m 数 栏目 元素 N、 mN、 G H B D 行13 0.00 0.000o 50,94 0,0000 0.0000 0.0000 5.66 0,0000 w 0.0077 0.007o 行 14 183.85 0.0136 0.0142 4.66 0.0660 2.50 1.75 行15 Ta 180.95 0.0097 0.0055 0.0000 0.0000 5.66 0.0000 Nb 0.00 92.91 0.0000 0.000o 0.0000 0.0000 5,66 0,0000 行16 行17 Hf 0.00 178,49 0,0000 0.000o 0.0000 0.0000 6,66 0,0000 0.00 186.21 0.0000 0.000o 0.000o 行18 Re 0.0000 4.66 0,.0000 行19 Ni 62.27 58.71 1.0606 0.5984 0.2404 0.4866 0.66 0.3211 总和 100 1.7725 0.4942 2.22
GB/T3130g一2020 录 附 B 资料性附录) 典型铸造高温合金电子空位数N、应用实例 典型铸造高温合金化学成分 B.1 典型铸造高温合金K424合金的4种成分见表B.1,电子空位数N,计算值见表B.2 K424合金化学成分 表B.1 化学成分(质量分数)/% 序号 Cr Co w Mo A T NBb 乙 Ni 0.16 9.l1 14.54 l.02 2.73 5.,08 4.22 0.51 0.50 0.006 0,.01 余量 0.16 9.82 14,47 1.02 2.73 4.97 4.22 0.74 0.49 0,006 0,01 余量 余量 0.16 9.76 14.32 1.02 3.19 5.08 4.22 0.74 0.49 0.006 0.01 0.16 10.39 14.34 1.02 2.73 5.32 4.22 0.76 0.50 0.006 0.001 余量 表B.2 K424合金电子空位数应用实例 电子空位数N C时效1000h.TCP析出倾向(2mm板状 850 序号 2.24 2.32 2.38 2.51 注“、”表示有TCP相析出,“×”表示无TCP相析出 B.2典型铸造高温合金TCP相析出临界值确定 4种成分的K424合金(2nmm铸态板状试样)在850C时效1000h后TCP相析出情况见表B.2 试样显微组织见图B.1,从而确定K424合金(2mm铸态板状试样)电子空位数的临界值N为2.51 0
GB/31309一2020 N，值2.38 b N,值2.51 图B.1不同N,值K424合金(2mm板状试样)在850C时效1000h后的显微组织

铸造高温合金电子空位数计算方法GB/T31309-2020

铸造高温合金是一种应用广泛的耐高温合金，常用于航空航天、石油化工等领域。其中电子空位数是衡量高温合金抗辐射性能的重要参数之一，因此如何准确计算电子空位数成为了研究的热点之一。而铸造高温合金电子空位数计算方法GB/T31309-2020则是中国国家标准化委员会于2020年发布的一项标准，旨在规范铸造高温合金电子空位数的测试和计算方法。

铸造高温合金电子空位数计算方法GB/T31309-2020的主要技术要求

铸造高温合金电子空位数计算方法GB/T31309-2020主要包括以下技术要求：

• 采用合适的放射源进行辐照。
• 设计合理的试样几何形状和辐照剂量。
• 测定试样的γ射线谱，计算出电子空位数。

铸造高温合金电子空位数计算方法GB/T31309-2020的测试方法

铸造高温合金电子空位数计算方法GB/T31309-2020的测试方法主要包括以下内容：

• 选择合适的放射源和试样。
• 确定辐照条件。
• 测定γ射线谱并进行数据处理。
• 计算电子空位数。

结语

铸造高温合金电子空位数计算方法GB/T31309-2020作为中国国家标准之一，对于规范高温合金电子空位数的测试和计算具有重要的意义。同时，该标准也为相关生产企业提供了技术指导，帮助其提高产品的质量和竞争力。

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