高溫合金晶界強化(grain boundary strengthening of superalloy)
添加微量元素改善晶界狀態達到高溫合金強化的目的。晶界的晶體結構不規則，原子排列混亂，晶格歪扭，又存在各種晶體缺陷(如位錯、空洞等)，因此晶界在高溫變形時是一個薄弱環節。在高溫蠕變時，晶界形變量占總形變量的50％，因此強化晶界就成為高溫合金強化的一個重要部分。一些有害雜質元素的溶解度很小且往往偏析于晶界，生成低熔點共晶化合物。硫在γ—Fe中的溶解度只有0.015％。因此合金中所含的硫在鐵中易形成熔點為988C的Fe+FeS低熔點共晶。硫在鎳中會形成熔點只有644℃的Ni+Ni3S2共晶。這些低熔點共晶在晶界的形成會大大惡化合金的熱加工性能和高溫熱強性。通常高溫合金中的硫含量控制在0.015％以下，優質高溫合金控制在0．005％～0.007％以下。美國宇航材料標準AMS2280規定鎳基高溫合金必須滿足雜質控制標準，要求鉍、鉈、碲、鉛、硒5個元素含量分別在(0.5～5)×10-6以下，同時對銻、砷、鎘、鎵、鍺、金、銦、汞、鉀、鈉、釷、銀、錫、鈾、鋅等15個微量雜質元素的含量分別控制在50×10-6以下，其總和還不允許超過4O0×10-6為了消除有害雜質和氣體的不利作用，進一步凈化和強化晶界，可以加入一些微量元素，諸如硼、鋯、鉿、鎂、鈣、鋇、鑭和鈰等。硼在晶界偏聚，形成M3B2硼化物(見高溫合金材料的間隙相)進行強化。硼能抑制晶界片層狀、胞狀析出相以及改善碳化物密集不均勻分布的狀態，因而對熱強性有利。鐵、鎳基高溫合金中硼含量總在0.05％以下，通?？刂圃?.01％～0.02％左右。鑄造高溫合金中硼含量略高，一般可達0.02％～0.03％左右。鋯和硼有類似作用，但其效果不如硼大。鎂是晶界偏聚元素，使晶界碳化物呈顆粒狀分布，因而阻止沿晶裂紋的快速擴展，有利于熱強性。鎂使高溫合金的蠕變第二階段延長，第三階段擴展，因而獲得高的塑性和長的斷裂壽命。由于鎂使持久斷裂塑性提高，可以大大改善持久缺口敏感性。鎂還有去除雜質元素的潔凈作用。鎂、鈣、鋇、鑭和鈰等元素由于化學性活潑，與氧有很大的親和力，可以在冶煉過程中起良好的脫氧去氣作用，又能和一些低熔點雜質生成密度較小的難熔化合物，消除有害雜質在晶界的不利作用。這些微量元素的加入量都有一個******量，過量加入反而會使熱強性下降。
