书 书 书犐犆犛 ７７ ． ０４０ ． ９９ 犎 ２４ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G27 /G28 /G29 /G2A 犌犅 ／ 犜 ３１３０９ — ２０２０ /G21 /G22 ＧＢ ／ Ｔ３１３０９ — ２０１４ /G21 /G22 /G23 /G24 /G25 /G26 /G27 /G28 /G29 /G2A /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F 犆犪犾犮狌犾犪狋犻狅狀狅犳犲犾犲犮狋狉狅狀狏犪犮犪狀犮狔狀狌犿犫犲狉犻狀犮犪狊狋狊狌狆犲狉犪犾犾狅狔狊 ２０２０  ０６  ０２ /G30 /G31 ２０２０  １２  ０１ /G32 /G33 /G27 /G28 /G2B /G2C /G2D /G2E /G2F /G30 /G31 /G32 /G27 /G28 /G29 /G2A /G33 /G2F /G30 /G34 /G35 /G36 /G30 /G31书 书 书前 　　 言 　　 本标准按照 ＧＢ ／ Ｔ１．１ — ２００９ 给出的规则起草 。 本标准代替 ＧＢ ／ Ｔ３１３０９ — ２０１４ 《 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 ）； ——— 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 ， 增加了钌元素 ， 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 、 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 ／ Ｔ３１３０９ — ２０１４ 。 Ⅰ 犌犅 ／ 犜 ３１３０９ — ２０２０ 铸造高温合金电子空位数计算方法 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 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 σ 、 μ 、 Ｌａｖｅｓ 相等 。 这些相的析出规律与合金 γ 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 犖 ｖ 值采用式 （ １ ） 计算 ： 犖 ｖ ＝ ∑ 狀 犻 犿 犻 （ 犖 ｖ ） 犻 ……………………（ １ ） 　　 式中 ： 犖 ｖ 　 ——— 合金的电子空位数 ； 犿 犻 ——— 合金中 γ 固溶体的第 犻 个元素的原子分数 ； （ 犖 ｖ ） 犻 ——— 第 犻 个元素的电子空位数 ； 狀 ——— 合金 γ 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 γ ′ 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 γ 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 ） ３ 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 ６ Ｃ 。 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 ２１ （ Ｍｏ ， Ｗ ） ２ Ｃ ６ ［（ Ｗ＋Ｍｏ ） ≤ ６％ 时 ］， 或者 Ｍ ６ Ｃ 即 ＮｉＣｏ ２ （ Ｍｏ ， Ｗ ） ３ 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 、 铌 、 钽 、 ５０％ 原始含量的钒以及 ３％ 原始含量的铬 ， 与 ３ 倍的镍形成 γ ′ 相 ， 即 Ｎｉ ３ （ Ａｌ ， Ｔｉ ， Ｎｂ ， Ｈｆ 、 Ｔａ ， ０．５Ｖ ， ０．０３Ｃｒ ）， 由此得到析出碳化物 、 硼化物及 γ ′ 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 犖 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 ） ３ 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 ６ Ｃ 。 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 ２１ （ Ｍｏ ， Ｗ ） ２ Ｃ ６ ［（ Ｗ＋Ｍｏ ） ≤ ６％ 时 ］， 或者 Ｍ ６ Ｃ 即 ＮｉＣｏ ２ （ Ｍｏ ， Ｗ ） ３ 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 犖 ｖ 。 １ 犌犅 ／ 犜 ３１３０９ — ２０２０ ３ 　 计算步骤 ３ ． １ 　 镍基合金的电子空位数 犖 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 γ ′ 相析出后的元素剩余含量 ； ｄ ） 　 计算剩余各元素在基体 γ 相中所占的原子百分数 ； ｅ ） 　 计算合金的电子空位数 犖 ｖ 。 ３ ． ２ 　 钴基合金的电子空位数 犖 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 γ 相中所占的原子百分数 ； ｄ ） 　 计算合金的电子空位数 犖 ｖ 。 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 犖 狏 的矩阵 栏目元素质量分 数 ／ ％ 原子 质量质量分数 ／ 原子质量原子分数 ／ ％ 析出后元素 原子分数 ／ ％ 固溶体元素 原子分数 犿 犻 元素的电 子空位数 （ 犖 ｖ ） 犻 合金的电 子空位数 犿 犻 （ 犖 ｖ ） 犻 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ 行 １Ｃｒ ５２．００ ４．６６ 行 ２Ｔｉ ４７．９０ ６．６６ 行 ３Ｍｏ ９５．９４ ４．６６ 行 ４Ａｌ ２６．９８ ７．６６ 行 ５Ｃｏ ５８．９３ １．７１ 行 ６Ｂ １０．８１ ７．６６ 行 ７Ｚｒ ９１．２２ ６．６６ 行 ８Ｃ １２．０１ — 行 ９Ｓｉ ２８．０９ ６．６６ 行 １０Ｍｎ ５４．９４ ３．６６ 行 １１Ｆｅ ５５．８５ ２．６６ 行 １２Ｒｕ １０１．０７ ２．６６ 行 １３Ｖ ５０．９４ ５．６６ 行 １４Ｗ １８３．８５ ４．６６ 行 １５Ｔａ １８０．９５ ５．６６ 行 １６Ｎｂ ９２．９１ ５．６６ 行 １７Ｈｆ １７８．４９ ６．６６ ２ 犌犅 ／ 犜 ３１３０９ — ２０２０ 表 １ （ 续 ） 栏目元素质量分 数 ／ ％ 原子 质量质量分数 ／ 原子质量原子分数 ／ ％ 析出后元素 原子分数 ／ ％ 固溶体元素 原子分数 犿 犻 元素的电 子空位数 （ 犖 ｖ ） 犻 合金的电 子空位数 犿 犻 （ 犖 ｖ ） 犻 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ 行 １８Ｒｅ １８６．２１ ４．６６ 行 １９Ｎｉ ５８．７１ ０．６６ 总和 ４ 　 计算方法 ４ ． １ 　 原子分数 ４ ． １ ． １ 　 在 Ａ 栏每行输入每个元素的质量分数 。 合金中若无某种元素 ， 则输入 ０ 。 将其他元素的质量分 数相加 ， 用 １００ 减去总数 ， 确定镍或钴的质量分数 。 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 ）， 然后将所得结果填入表中的 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 ， 将结果输入相应 的 Ｅ１ 、 Ｅ３ 、 Ｅ１９ 、