Waspaloy作為20世紀(jì)50年代開發(fā)出來的鎳基合金，具有良好的抗腐蝕性能、屈服強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，在美國和歐盟等國家和地區(qū)中，均選用了Waspaloy合金作為700℃超超臨界汽輪機(jī)組葉片的候選材料。Waspaloy合金常應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的渦輪盤和渦輪葉片等高溫部件，但在700℃超臨界汽輪機(jī)組中還沒有應(yīng)用，其在700℃條件下長時(shí)組織穩(wěn)定性和長期持久性能正在進(jìn)行研究，因此增強(qiáng)Waspaloy合金的組織穩(wěn)定性和持久性能顯得尤為重要。
W是一種熔點(diǎn)非常高的合金元素，在鎳基合金中，添加W能引起基體晶格膨脹，提高合金屈服強(qiáng)度，降低γ基體層錯能，W溶質(zhì)擴(kuò)散能力非常低，能降低一切以擴(kuò)散控制的形變動力學(xué)，提高合金的蠕變性能。
為了提高Waspaloy合金的組織穩(wěn)定性和持久性能，科研人員利用Thermo-Calc熱力學(xué)計(jì)算軟件，模擬計(jì)算出適宜的W元素添加量，研究了W在Waspaloy合金中的分配行為，以及對合金力學(xué)性能和γ'相的影響，為Waspaloy合金在700℃超臨界機(jī)組中的應(yīng)用提供良好的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
采用Thermo-Calc熱力學(xué)計(jì)算軟件與相應(yīng)的Ni-6數(shù)據(jù)庫進(jìn)行熱力學(xué)模擬計(jì)算，模擬計(jì)算出W在Waspaloy合金中的適宜添加量。合金體系重量選為1g，參照狀態(tài)溫度為973.15K，壓強(qiáng)為1×105Pa。
實(shí)驗(yàn)用材料采用25kg真空感應(yīng)爐熔煉，鍛成Φ18mm圓棒。其中一個試樣采用美國特殊金屬公司生產(chǎn)的Waspaloy合金中限標(biāo)準(zhǔn)，另一個試樣在保持Mo當(dāng)量相同基礎(chǔ)上降低1%的Mo，而添加2%的W元素。試樣采用的熱處理制度為：1080℃固溶4h后空冷，850℃時(shí)效24h，空冷，最后在760℃時(shí)效16h，空冷。進(jìn)行拉伸性能測試，觀察合金γ'強(qiáng)化相形貌。利用ImageTool、Photoshop等軟件對γ'強(qiáng)化相尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，平均統(tǒng)計(jì)個數(shù)大于900個。采用化學(xué)定量方法確定γ'相的含量和元素組成。試驗(yàn)結(jié)果表明：
（1）在Waspaloy合金中添加2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的W，能促進(jìn)合金中γ'相的析出，提高合金拉伸性能和持久強(qiáng)度。
（2）不同于Mo元素，W元素能進(jìn)入γ'相中，強(qiáng)化γ'相。在γ'相中，W能取代一部分Ti原子，同時(shí)促進(jìn)Al進(jìn)入γ'相，抑制Ti進(jìn)入γ'相。
（3）在Waspaloy合金中添加W不改變γ'相形貌，但能降低γ'/γ相間錯配度，使γ'相粒度分布更為集中，減少粗顆粒γ'相出現(xiàn)幾率。