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GB／T 31309-2020 铸造高温合金电子空位数计算方法

ICS 77.040.99 H24

GB/T31309—2020 代替GB/T31309—2014

Calculation of electron vacancy number in cast superalloys

国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会

CECS 483-2017-T 风电塔架技术规程GB/T313092020

本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准代替GB/T31309一2014《镍基高温合金电子空位数计算方法》，与GB/T31309一2014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）； 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）。 本标准由中国钢铁工业协会提出。 本标准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、治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/T31309—2014

GB/T313092020

造高温合金电子空位数计算方法

本标准规定了铸造高温合金电 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 位数的计算

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α、、Laves相等。这些相的析出规律与合金固溶体中合金元素的d层电子轶 道未充满的程度一一即电子空位数有关。合金的电子空位数N，值采用式（1)计算：

式中： 合金的电子空位数； m； 合金中固溶体的第i个元素的原子分数； （N，）：一一第i个元素的电子空位数； 合金Y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 相，钻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 Y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（Moo.5，Tio.15，Cro.25，Nio.1o）：Bz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、MC和M,C。假设1/2C形成MC即（HfTa，Nb，Ti Zr,V)C,1/2C形成MzC即Cr21（Mo,W)C.［(W+Mo)≤6%时］,或者M,C即NiCoz（Mo, W）：CL（W十Mo）>6%时」，由此得到析出碳化物以后的元素剩余含量。 ） 剩余的铝、钛、铪、锯、钼、50%原始含量的钒以及3%原始含量的铬，与3倍的镍形成Y相，即Ni3 （A1,Ti,Nb,Hf、Ta，0.5V，0.03Cr），由此得到析出碳化物、硼化物及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。 2.4钻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（Moo.5，Tio.15，Cro.25，Nio.1o）Bz硼化物，由此得到析出硼化物以后的元素剩 余含量。 b 钻基合金中主要碳化物类型有MC、M2:C。和M.C。假设1/2C形成MC即（Hf，Ta，Nb，Ti， Zr,V)C,1/2C形成M2C即Cr21（Mo,W)2C.［(W+Mo)≤6%时」，或者M.C即NiCoz（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。 利用式（1）计算剩余固溶体平均电子空位数N

式中： N. 合金的电子空位数； m; 合金中固溶体的第讠个元素的原子分数； （N.）第i个元素的电子空位数； 合金固溶体中元素的数目

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3.1镍基合金的电子空位数N、应按以下I

.1镍基合金的电子空位数N，应按以下 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。 .2钻基合金的电子空位数N，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丫相中所占的原子百分数； 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

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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，将该值输入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、钨、钴、钒和锆的原子分数按表2规定进行计算，将结果输人相应 的E1、E3、E19、E14、E5、E13和E7中。钛、铝、硼、碳、钼、锯和铪的原子分数E2、E4、E6、E8、E15、E16 和E17输人0。硅、锰、铁、钉和的原子分数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、钴、钒和锆元素原子分数

航游相析出后元素原子分数

4.2.2钻基合金沉淀相析出后元素原子分数

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钻基合金沉淀相析出后铬、钼、镍、钨、钻、钒、锆、钛、钼、锯和铪的原子分数按表3规定进行计算，将 结果输入相应的E1、E3、E19、E14、E5、E13、E7、E2、E15和E17中。硼和碳的原子分数E6和E8输 入0。铝、硅、锰、铁、和的原子分数E4、E9、E10、E11、E12和E18直接输人相应行中D4、D9、D10 D11,D12 和 D18 的值

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GB/T 42173-2022 发芽糙米GB/T 313092020

A.1镍基合金化学成分见表A.1。

附录A （资料性附录） 镍基合金电子空位数N，矩阵计算实例

表A.1镍基合金化学成分

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

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GB/T31309—2020附录B（资料性附录）典型铸造高温合金电子空位数N、应用实例B.1典型铸造高温合金化学成分典型铸造高温合金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。表B.1K424合金化学成分化学成分（质量分数）/%序号CCrCoWMoAlTiNbVBZrNi10.169.1114.541.022.735.084.220.51 0.500.0060.01余量20.169.8214.471.022.734.974.220.740.490.0060.01余量30.169.7614.321.023.195.084.220.740.490.0060.01余量40.1610.3914.341.022.735.324.220.760.500.0060.001余量表B.2K424合金电子空位数应用实例序号电子空位数N850℃时效1000h，TCP析出倾向（2mm板状）12.2422.3232.3842.51V注：“√"表示有TCP相析出，“×”表示无TCP相析出。SAGB.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（2mm铸态板状试样）在850℃时效1000h后TCP相析出情况见表B.2，试样显微组织见图B.1CECS 31-2017-T：钢制电缆桥架工程技术规程，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。10