1.4.2　Laves相

Laves相是一種化學(xué)式主要為A₂B型的密排立方結(jié)構(gòu)的金屬間化合物,每個(gè)晶胞中有12個(gè)原子,是奧氏體耐熱鋼中最具潛力的一種強(qiáng)化相。大致分為三種類(lèi)型:六方晶系的C14、立方晶系的C15和六方晶系的C36。通常在AFA鋼中析出的Laves相為具有六方結(jié)構(gòu)的C14類(lèi)型,具體構(gòu)成為Fe₂Nb或Fe₂Mo,而僅當(dāng)兩種原子的半徑之比小于1.225時(shí),Laves相才有可能析出。與含鋁奧氏體耐熱鋼中其他第二相相比,Laves相的析出速度較緩慢,多出現(xiàn)于晶體內(nèi)部,與奧氏體基體存在一定的位向關(guān)系。值得注意的是,高溫下Laves相具有較高的粗化速率,通常認(rèn)為L(zhǎng)aves相會(huì)損害奧氏體耐熱鋼的高溫持久性能,合金設(shè)計(jì)和熱處理過(guò)程中應(yīng)盡量避免Laves相的形成。

但與前面提及的大尺寸NbC第二相顆粒相比,Laves相與奧氏體基體間的晶格錯(cuò)配度要小得多。以六方結(jié)構(gòu)為例,其與奧氏體基體間的錯(cuò)配度為:{111}密排面內(nèi)擴(kuò)張錯(cuò)配度為9%[1],而垂直于{111}密排面時(shí)收縮錯(cuò)配度為5%。在一定條件下,第二相與合金基體的錯(cuò)配度越低,對(duì)合金塑性方面的改善貢獻(xiàn)越突出。這樣看來(lái),雖然Laves相這種金屬間化合物常被認(rèn)為是有害相,但通過(guò)引入該類(lèi)低錯(cuò)配度的第二相,可以作為穩(wěn)定的彌散強(qiáng)化相對(duì)強(qiáng)度高但塑性較差的材料的力學(xué)性能有所改善,Laves相在提高材料塑性方面的作用也吸引了一些學(xué)者的注意。

對(duì)牌號(hào)為Fe?20Cr?30Ni?2Nb(數(shù)字為原子百分含量)的合金進(jìn)行研究的結(jié)果表明,Laves相作為強(qiáng)化相可以在奧氏體基體中均勻形核,且在800℃長(zhǎng)期時(shí)效的條件下長(zhǎng)久保持較小尺寸。在1473K下繪制了三元等溫截面圖如圖1?8所示[20]。圖中的富Ni區(qū)域主要由Ni₃Al和Ni₃Nb構(gòu)成,這種具有GCP結(jié)構(gòu)的金屬間化合物為材料的主要強(qiáng)化相,而圖中的富Fe區(qū)域主要是以過(guò)渡族金屬的碳化物作為主要的強(qiáng)化相,以這種碳化物作為主要強(qiáng)化相的奧氏體鋼普遍應(yīng)用于商業(yè)化生產(chǎn)。

圖1?8　Laves相強(qiáng)化奧氏體鋼?Fe?Ni?Cr合金在1473K時(shí)的等溫截面圖[20]

Yamamoto等人就Laves相在含鋁奧氏體耐熱鋼中作為強(qiáng)化相進(jìn)行了研究,研究表明其單獨(dú)強(qiáng)化的效果非常有限,但當(dāng)Fe₂Nb相與納米級(jí)別的NbC相共同析出時(shí),能產(chǎn)生非常顯著的強(qiáng)化效果[21]。含鋁奧氏體耐熱鋼在高溫蠕變過(guò)程中會(huì)二次析出大量微米級(jí)別的Fe₂Nb相和納米級(jí)別的Ni₃Nb相,阻礙位錯(cuò)的移動(dòng),對(duì)位錯(cuò)產(chǎn)生釘扎作用,有效提升合金的高溫蠕變強(qiáng)度。且在高溫工作環(huán)境下,晶界是最為薄弱的部分,當(dāng)Laves相在晶界上析出時(shí),可以有效地抑制位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),從而抑制晶界的變形行為,以提升材料的高溫持久強(qiáng)度和抗蠕變能力。