ICS 77.040.99 H 24
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T31309—2014
镍基高温合金电子空位数计算方法
Calculation of electoron vacancy number in nickel-base superalloys
2015-09-01实施
2015-12-05发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T 31309—2014
前言
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。 本标准由中国钢铁工业协会提出。 本标准由全国钢标准化委员会（SAC/TC183)归口。 本标准起草单位：贵州黎阳航空动力有限公司、安泰科技股份有限公司。 本标准起草人：刘庆琮、曹大明、肖清云、雷强、唐铧、付娜姗。
- GB/T 31309—2014
引言
本标准适用于镍基高温合金中电子空位数计算，为评定镍基铸造高温合金组织稳定性提供依据。 本标准仅对电子空位数计算程序和步骤做出规定，与合金化学成分配套使用。
= GB/T 31309—2014
镍基高温合金电子空位数计算方法
1范围
本标准规定了镍基高温合金的母合金及其铸件的电子空位数计算原理、计算步骤、计算方法和结果评定。
本标准适用于镍基高温合金电子空位数的计算，为评定镍基铸造高温合金组织稳定性提供依据。
2原理
镍基铸造高温合金强化元素种类多，合金成分复杂，且各合金元素含量较高，易于形成可能对强度和塑性产生不利影响的沉淀相，尤其是TCP相，是合金长时间暴露在700℃以上出现的，主要包括、 μ、或者Laves相。这些相的形成规律与合金中固溶体的电子密度有关。对合金的电子空位数N、值一般采用式（1)计算：
N= m:(N,)
..(1)
式中： N. 合金的电子空位数；
合金丫固溶体的第i个元素的原子分数；
m: （N,)：—第i个元素的电子空位数；
合金固溶体中元素的数目。
n
计算电子空位数时，应了解合金中的沉淀相，以及它们在合金中形成的顺序。一般顺序是硼化物沉淀、碳化物沉淀、形成相。扣除这些相形成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。
强化相沉淀顺序和丫固溶体成分计算原则如下：
镍、铬、钛和钼形成（Moo.5，Tio.15，Cro.25，Nio.1o）3Bz型硼化物；
a) b）
假设所有的碳都形成了MC和M23C。类型的碳化物。则MC碳化物占有一半的碳，碳依次与钼、锯、锆、钛和钒反应，剩余的碳与铬、钼和钨反应，形成Cr21（Mo，W)2Cs；
c) 剩余的铝、钛、铪、锯、、50%原始含量的钒、以及3%原始含量的铬，与3倍的镍化合形成
相，即Ni（Al,Ti,Nb,Hf,Ta0.5V,0.03Cr)； d) 调整形成硼化物、碳化物和相后剩余的铬含量； e） 调整由于形成的硼化物和相而剩余的镍含量。
3计算步骤
3.1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沉淀相； c) 计算沉淀相； d) 计算剩余的固溶体成分；
1 GB/T31309—2014
e) 计算合金的电子空位数N，。 3.2 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
元素的电 固溶体原子
质量分
元素 数/% 原子质量 质量分数/
原子分 沉淀调整
分数×元素的电子空位数 m;(N,):
固溶体原子分数m:
子空位数 (N,):
原子质量 数/%
栏目
A
B 52.00 47.90 95.94 26.98 58.93 10.81 91.22 12.01 28.09 54.94 55.85 63.54 50.94 183.85 180.95 92.91 178.49 186.21 58.71
C
H
D
E
F
G 4.66 6.66 4.66 7.66 1.71 7.66 6.66 - 6.66 3.66 2.66 0.00 5.66 4.66 5.66 5.66 6.66 4.66 0.61
行1 行2 行3 行4 Al 行5
Cr Ti Mo
Co B Zr C Si
行6 行7 行8 行9 行10 Mn 行11 Fe 行12
Cu V W Ta Nb Hf Re Ni
行13 行14 行15 行16 行17 行18 行19 总和
4计算方法
4.1 转换成原子分数 4.1.1在A栏每行输人每个元素的质量分数。合金中若未发现某种元素，则输人零（0）。将其他元素的质量分数相加，用100减去总数，确定镍的质量分数。 4.1.2每种元素的质量分数（A栏）除以它们相对的原子质量（B栏），然后将所得结果填人表中的C 栏。将C栏中的数相加获得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，将这个值输入D栏，得到元素的原子分数。
2 GB/T31309—2014
4.2计算沉淀相 4.2.1一般要求
计算过程中，应按如下方式来定位表1中的单元位置，以原子分数表示。例如D1指的是D栏中1行的输人值（铬原子分数），E5指的是E栏中5行的输人值（调整了第二沉淀相后，剩余固溶体中钴的原子分数)。 4.2.2计算硼化物和碳化物沉淀相 4.2.2.1铬：D1乘以0.97，然后减去数量[(0.375)(D6）十（1.75)(D8)］，将结果填人E1栏，其中：
-D1是Cr的原子分数； -D6是B的原子分数； D8是C的原子分数。
4.2.2.2 钼：从D3中减去数量（（0.75）（D6）十（0.167)[(D8）（D3)/（D3十D14)］)，将结果填人E3，其中：
D3是Mo的原子分数； -D6是B的原子分数； D8是C的原子分数； -D14是W的原子分数。
4.2.3计算沉淀相 4.2.3.1镍：从D19中减去（0.15)(D6）。再从总数中减去以下数量：
3[(D4）+（0.03)(D1）+D16+D2+D15-（0.5)(D8）+（0.5）（D13）+D17J将结果填人 E19,其中：
D19是Ni的原子分数； D6是B的原子分数； -D4是AI的原子分数； -D1是Cr的原子分数； -D16是Nb的原子分数； -D2是Ti的原子分数； -D15是Ta的原子分数； D8是C的原子分数； -D13是V的原子分数； D17是Hf的原子分数。
4.2.3.2 钒：在E13中输人（0.5)(D13)，其中D13是V的原子分数。 4.2.3.3 钨：从D14中减去数量[(0.167)((D8)(D14)/(D3十D14))J，将结果填人E14中，其中：
-D14是W的原子分数； D8是C的原子分数； D3是Mo的原子分数。
4.2.3.4在E2、E4、E6、E8、E15、E16和E17中输人零(0)。 4.2.3.5将D5、D7、D9、D10、D11、D12和D18中的值直接输入E栏中相应的行中。 4.3计算剩余固溶体成分 4.3.1将E栏的值相加，然后输人E栏的最底下一行。
3 GB/T 31309—2014 4.3.2F栏是固溶体原子分数。对于F栏的每一行的值，是用相应E栏的值除以4.3.1节计算的E栏的总和。 4.4 4计算电子空位数 4.4.1将F栏的固溶体原子分数乘以G栏中各元素的电子空位数，然后将结果输入到H栏相应的行中。 4.4.2 2合金的电子空位数是H栏输人值的总和，四舍五人到0.01单位。 4.4.3 计算实例参见附录A。
5 结果评定
当N，不小于2.45～2.50时，则合金趋于形成α相或其他TCP相；当N，小于2.45～2.50时，则认为合金组织是稳定的，不析出TCP相。
4 GB/T31309—2014
附录A （资料性附录）
电子空位数N，矩阵计算实例
A.1 合金成分见表A.1。
表A.1 合金成分
元素 Cr Ti Mo Al Co B Zr c Si
元素 Mn Fe Cu V W Ta Nb Hf Re
质量分数/%
质量分数/%
0.03 0.35 0.00 0.00 2.5 1.75 0.00 0.00 0.00
15.8 3.45 1.65 3.45 8.5 0.01 0.04 0.17 0.03
A.2 电子空位数N、矩阵计算实例见表A.2。
表A.2 电子空位数N，矩阵计算实例
元素的电 固溶体原子
子分数m; 子空位数 分数×元素
固溶体原
质量分数/ 原子分原子质量 数/%
质量分
栏目 元素 数/% 原子质量
沉淀调整
的电子空位数m;(N.):
(N,): G
H
E
A 15.8 52.00 0.303 8 0.171 4 0.152 1 0.307 9 4.66 1.435
c
F
B
D
行1 行2 Ti 3.45 47.90 0.072 0 0.040 6 0.000 0 0.000 0 6.66 0.000 行3 Mo 1.65 95.94 0.017 2 0.009 7 0.008 6 0.017 3 4.66 0.081
Cr
3.45 26.98 0.127 9 0.072 1 0.000 0 0.000 0 7.66 0.000
行4 行5 行6 行7 行8 行9 行10 Mn 0.03 54.94 0.000 5 0.000 3 0.000 3 0.000 6 3.66 0.002
Al Co B Zr c Si
58.93 0.144 2 0.081 4 0.081 4 0.164 7 1.71 10.81 0.000 9 0.000 5 0.000 0 0.000 0 7.66 0.000
0.282
8.5 0.01 0.04 91.22 0.000 4 0.000 2 0.000 2 0.000 5 6.66 0.003
0.000
0.17 12.01 0.014 2 0.008 0 0.000 0 0.000 0 0.03 28.09 0.001 1 0.000 6 0.000 6 0.001 2 6.66 0.008
0.35 55.85 0.006 3 0.003 5 0.003 5 0.007 2 2.66 0.019
行11 行12
Fe Cu
63.54 0.000 0 0.000 0 0.000 0 0.000 0 0.00 0.000
0
5