Si和Ti对Nb-6Hf-4Zr-2B合金组织和室温力学性能的影响

 为了寻求Nb合金的强度和塑性的平衡,设计了以Nb基固溶体Nbss为主导相的Nb-xSi-6Hf-4Zr-2B-yTi(x=4,8;y=10,30;原子分数)合金,研究了Si和Ti对合金组织和室温力学性能的影响。结果表明,合金由Nbss、Nb3Si和Nb5Si3等3相组成。4Si-(10,30)Ti合金铸态组织是Nb枝晶和分布在枝晶间的硅化物(Nb3Si和Nb5Si3),8Si-(10,30)Ti合金Nb枝晶间分布的是Nb/硅化物(Nb5Si3)的共晶和Nb3Si,随着Si和Ti含量的增加,硅化物体积分数增加。1 600 ℃退火50 h可使部分Nb3Si共析分解,改变合金的组织形貌和各相的体积分数。随着Si和Ti含量的增加,合金的硬度和强度增加,但塑性和韧性降低。Nb枝晶的失效方式为解理断裂,而硅化物为脆性断裂。     

Cr对Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf合金显微组织与高低温力学性能的影响

 以Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf成分为基础,分别添加了2%和17%(原子分数,后同)的Cr元素替代Nb(分别称2Cr和17Cr合金),研究了Cr含量对Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf合金相组成、显微组织形貌、室温断裂韧性和高温强度的影响,分析了高低温失效机制。结果表明,铸态和1 375 ℃×100 h热处理后2Cr合金由Nbss和Nb₅Si₃两相组成;当Cr含量为17%时,出现了具有C15结构的Laves Cr₂Nb相,合金由Nbss、Nb₅Si₃和Cr₂Nb三相组成,热处理后在Nb₅Si₃中还析出了球状Cr₂Nb相。随着Cr含量由2%提高到17%,热处理合金的室温断裂韧性K_Q由14.32 MPa·m^1/2下降到10.30 MPa·m^1/2。合金强度与Cr含量的关系受温度影响,随Cr含量提高,室温和1 150 ℃时合金的硬度或强度增高,而1 250 ℃和1 350 ℃时合金强度降低。如1 150 ℃时2Cr和17Cr合金的屈服强度σ_0.2分别为349 MPa和387 MPa;1 350 ℃时分别为306 MPa和74 MPa。     

电子束区熔定向凝固Nb基高温合金的组织和性能

研究了Nb-Si-Ti-Hf-Cr-Al-B-Y合金在电子束区熔炉上的定向凝固组织、室温断裂韧性和高温瞬时拉伸性能.合金的组织主要由Nb基固溶体(Nbss)、α-(Nb)5Si3和(Nb)3Si相组成.定向凝固后,初生Nbss枝晶以及Nbss α-(Nb)5Si3/(Nb)3Si层片状或棒状共晶团均沿着试棒轴线定向排列.当电子枪移动速率R=2.4 mm/min时,定向效果最好.定向凝固使合金在1250℃的拉伸强度及室温断裂韧性均显著提高.R=2.4 mm/min试棒的抗拉强度最高,达85.0 MPa,同时其室温断裂韧性也达到19.4 MPa·m1/2.     

Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

在高温合金中,元素Hf和Zr可以促进γ γ′共晶、MC(2)碳化物、M2SC碳硫化物和Ni5M相的形成,改变草书状MC和M3B2成为块状并且通过净化晶界或枝晶间自由态的S来提高这些薄弱部位的结合强度,从而延迟裂纹的形成和扩展.Hf和Zr可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性.Hf,Zr抑制次生碳化物M23C6和M6C的生成,从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性.Hf,Zr降低合金的初熔温度,Ni5Hf和Ni5Zr相的初熔被认为是Hf,Zr影响初熔的主要原因.通过1150℃/8h的预处理,Ni5Hf以Ni5Hf γ(C)→MC(2) γ反应或者固溶两种方式被消除.元素Hf可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围,还能降低枝晶间液池沟通所需的液体量.在凝固后期枝晶间的富Hf熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应,这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素.具有高的化学活性的富Hf液膜容易在铸件表面形成Hf2O薄层.Hf和Zr是钎焊用中间层合金的降熔点元素.根据凝固过程中富Hf,Zr熔体的成分最终发展出Ni-18.6Co-4.5Cr-4.7W-25.6Hf和Ni-10Co-8Cr-4W-13Zr两种中间层合金,使单晶高温合金的无Si、B连接成为现实.还发展出了定向凝固片状Ni3Al/Ni7Hf2共晶合金,成分为Ni-5.8Al-32Hf和Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W.Ni-5.8Al-32Hf合金的最佳凝固条件为温度梯度G=250℃·cm-1和凝固生长速率R=5μm·s-1;Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W,凝固条件为G=350℃·cm-1和R=1μm·s-1.     

V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响

采用真空非自耗电弧炉制备了Nb-22Ti-12Si三元以及三种不同V,Al含量的Nb.Ti-Si-V-Al五元Nb-Si合金,研究了四种合金铸态显微组织和1250℃的抗氧化性能.结果表明:V,Al的加入促进了反应Nb3Si→Nb Nb Nb5Si3,使合金相组成由Nb Nb3Si转变成为Nb Nb5Si3,从而增加了合金中Nb相体积分数;合金的抗氧化性能随V,Al含量的增加而提高;V,Al的加入使合金氧化皮结构发生了转变,生成了较为致密的氧化皮,降低了合金的氧化速率,减少了合金氧化皮的剥落和金属氧化损失量.Nb-21.9 Ti-11.9Si-4.4V-4.1Al经过1250℃/50h氧化后金属损失厚度仅为0.1mm.     

Nb对富钛TiNiAl金属间化合物强化机制的影响

 采用力学压缩试验、扫描电镜和X射线衍射方法研究了Nb元素对于Ti₅₀Ni₄₂Al₈合金的力学性能和微观组织结构的影响。结果表明，Nb能够显著提高合金从室温到700 ℃之间的强度。在600 ℃时，Ti₅₀Ni₄₀Al₈Nb₂合金的压缩屈服强度和比强度分别为1 237 MPa和216 MPa/(g·cm^-3)，超过Rene95高温合金。微观组织观察及成分分析表明，Nb元素在基体和强化相Ti₂Ni（Al）中固溶，促进强化相的弥散析出和细化，并导致高强富Nb相的析出，从而提高了合金的强度。     

热处理对Nb-10Si合金显微组织的影响

采用真空电弧熔炼法制备了 Nb-1 0 Si ( at% )合金 ,并在 1 85 0℃和 1 5 5 0℃温度氩气保护下进行了 2～ 1 0 0 h的热处理。综合通过 X射线衍射、透射电子显微术、扫描电子显微术及 X射线能谱对合金的显微组织进行了研究。结果表明 ,铸态 Nb-1 0 Si合金由连续的 Nb3 Si基体与均匀分布的 Nb相组成 ,1 85 0℃温度下热处理 2 h后 ,Nb晶粒明显长大 ;而在 1 5 5 0℃热处理后 ,Nb晶粒尺寸基本不变 ,Nb3 Si逐渐转变为 Nb和 Nb5Si3 相 ,且它们之间存在着一定的取向关系。1 5 5 0℃热处理 1 0 0 h后可以获得稳定的 Nb+ Nb5Si3 双相显微组织 ,是合适的热处理制度     

合金化元素对β-Nb_5Si_3影响的第一原理计算(英文)

本文采用Ti,Cr,Al,Hf元素对金属间化合物β-Nb5Si3进行了合金化,利用基于平面波赝势理论的第一原理方法对其能量、电子结构、晶体常数、弹性常数进行了计算。合金化前后的能量变化表明:Ti,Cr,Hf元素优先替换NbI, NbI, NbII的Nb原子,而Al使得β-Nb5Si3 稳定性降低。合金化原子的占位使得β-Nb5Si3的晶体参数发生变化,其中:Ti、Cr原子能够降低晶胞的c/a值,而Hf促使晶胞从四方晶系向正交晶系转变。态密度计算表明 Ti,Cr,Hf提高了β-Nb5Si3相的导电性。采用Voigt公式计算掺杂前后各体系的弹性模量;并基于Pugh经验公式,对合金的室温韧性进行了评价,结果表明:Ti,Cr元素的掺杂降低了β-Nb5Si3相的室温断裂韧性,而Hf元素的掺杂能够提高β-Nb5Si3的断裂韧性。     

Nb-Si-Mo三元系合金相图

 Nb/Nb5Si3原位复合材料是一种有望替代镍基超合金用做飞机发动机叶片的新一代超高温结构材料。采用非自耗电弧熔炼技术制备出不同成分的Nb/Nb5Si3原位复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对Nb-Si-Mo三元系合金的相组成和微观组织进行研究。结果表明：Nb-Si-Mo三元系部分液相面投影图（<37.5 at% Si）含有4个初生相区,其立体相图中存在2个液固四相平衡反应和1个固态四相平衡反应。在2个液固四相平衡反应面之间存在一个三相共晶平衡棱柱,成分位于该棱柱内的合金会通过L→Nbss+β-Nb5Si3反应凝固生成Nbss/β-Nb5Si3片层共晶。     

FGH97粉末冶金高温合金热处理工艺和组织性能的研究

对采用两种制度热处理的FGH97镍基高温合金进行了组织性能对比.结果表明,固溶淬火和时效温度、保温时间及冷却方式直接影响该合金中γ'强化相、不同类型碳化物等析出相的形貌、尺寸、数量和分布.两种制度热处理后的试样中γ'相和碳化物的不同匹配度,决定其各自具备良好的综合力学性能.制度Ⅰ试样的拉伸和持久塑性和750℃持久性能高于制度Ⅱ;制度Ⅱ试样的拉伸强度、650℃持久强度以及抗蠕变性和低周疲劳性能高于制度Ⅰ.     

Effects of B on the Microstructure and Oxidation Resistance of Nb-Ti-Si-based Ultrahigh-temperature Alloy

Nb-Ti-Si-based ultrahigh-temperature alloys concocted with boron ranging from 0 to 2 at% are prepared by arc-melting technology. The effects of adding boron on their as-melted microstructure and oxidation resistance are analyzed. The (Nb,Ti)ss, β-(Nb,Ti)₅Si₃ and γ-(Nb,Ti)₅Si₃ exist in Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf alloy, while (Nb,Ti)ss, α-(Nb,Ti)₅Si₃ and γ-(Nb,Ti)₅Si₃ are present in Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf-1B and Nb-22Ti-16Si-6Cr-3Al-4Hf-2B alloys. The oxidation of Nb-Ti-Si-based ultrahigh-temperature alloys is dominated by the diffusion of oxygen through (Nb,Ti)ss. Compared to boron-free alloys, the boron-containing alloys have significantly lower oxidation rate when oxidized at 1 200 °C for less than 50 h, but, for more than 50 h, their oxidation resistance deteriorates.     

Microstructure, Mechanical Properties and Oxidation Resistance of Nb-22Ti-14Si-2Hf-2Al-xCr Alloys

Nb-22Ti-14Si-2Hf-2Al-xCr (x=2, 6, 10, 14, 17 at%) alloys are prepared by arc-melting under argon atmosphere. Microstructural characteristics, mechanical properties and oxidation resistance of the arc-melted alloys are investigated. At 2 at% Cr content, the microstructure is composed of Nbss, Nb3Si and a small quantity of Nb5Si3, when the Cr contents increase, Nb3Si disappears. For the high Cr content (x ≥ 10 at%) alloys, besides the Nbss and Nb5Si3, Cr2Nb is also detected. With the increase of Cr content, the volume fractions of Cr2Nb and Nb5Si3 increase, while that of Nbss increases firstly and then begins to degrade when the Cr content is higher than 6 at%. For the alloy with 2 at% Cr, the room temperature fracture toughness is about 14.5 MPa·m1/2, but badly decreases to about 8.5 MPa·m1/2, when the Cr contents increase. Vickers hardness of Nbss tends to increase linearly from about 400 to 500, while that of silicides is not sensitive to Cr contents, about 950. The appearance of Cr2Nb phase significantly improves the high temperature oxidation resistance of the alloys with high Cr contents. The isothermal oxidation tests show that the oxidation kinetics of the alloys with various Cr contents follows parabolic oxidation kinetics.     

喷射沉积A1-Si-Fe-Mn-Cu-Mg合金的微观组织与力学性能

利用喷射沉积技术制备了Al-20Si-5Fe-(0～3)Mn-3Cu-1Mg合金。借助扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射和拉伸试验等手段研究了喷射沉积合金的微观组织和力学性能，分析了不同Mn含量对合金组织演变的影响。结果表明，当合金中加入3％Mn时，组织中针状的Al-Si-Fe金属间化合物被颗粒状的Al     

一种多元铌硅系原位复合材料的高温氧化行为

 采用电弧熔炼的方法制备了Nb-16Si-24Ti-6Cr-6Al-2Hf (原子百分数)多元铌硅系原位复合材料。进行了高温氧化试验，使用扫描电镜、能谱和X-射线衍射仪进行分析。结果表明该复合材料铸态组织主要由Nbss和β-Nb5Si3组成；经1250℃/100h静态氧化后，生成厚的氧化皮，其主要成分为CrNbO4，TiNb2O7；在氧化皮下发生严重的内氧化现象；氧优先在Nbss相中扩散并形成内氧化产物；硅化物对氧的扩散起到一定的阻挡作用；硅化物的分散分布有利于氧化皮中压应力的释放。     

新型Co基合金Co-9Al-(9-x) W-xMo-2Ta-0.02B的显微组织与高低温力学性能

以新型Co基合金Co-9Al-9W-2Ta-0.02B成分为基础,分别添加了原子分数为2％、4％、6％、9％的Mo元素替代W（分别称2Mo、4Mo、6Mo、9Mo合金,W+Mo的原子分数为9％,无Mo添加的称为0Mo合金）,研究了Mo元素对合金相组成、显微组织形貌、维氏硬度和高低温压缩强度的影响.结果表明铸态合金由Co...     

新型高强度抗热腐蚀单晶高温合金研究

对新研发的M09A高强度抗热腐蚀单晶高温合金的组织结构、力学性能、抗热腐蚀性能及长期时效组织性能稳定性进行了研究。结果表明：M09A合金相对IN738合金适当降低Cr含量,为增加强化元素含量提供了可能,从而提高了M09A合金沉淀强化和固溶强化水平;取较低的Ti/Al比可以改善组织稳定性;应用单晶技术和高温热处理,可进一步提高M09A合金的高温力学性能、抗热腐蚀性能和组织性能稳定性;M09A合金抗热腐蚀性能与IN738合金的相当,高温力学性能超过现有的抗热腐蚀合金和典型的高强度定向凝固合金DZ125的,并达到第1代单晶合金的水平;合金组织性能稳定,不含Re、Ru、Hf等贵重金属元素,成本低,密度小,铸造性能较好。     

Liquid-Solid Phase Equilibria of Nb-Si-Ti Ternary Alloys

To determine the liquid-solid phase equilibria of the Nb-Si-Ti ternary system, Nb-Si-Ti alloys of different compositions are prepared. By means of scanning electron microscopy （SEM）, X-ray diffraction （XRD） and electron probe microanalysis （EPMA）, the phases in the alloys, such as Si-based solutions, Ti（Nb）Si, Ti（Nb）Si2, Nb（Ti）Si2, Ti（Nb）5Si4, Nb（Ti）5Si3, Ti（Nb）5Si3, Nb（Ti）3Si and Nb-based solutions are identified, and the phase evolution is analyzed. As a result, the microstmctural and microchemical evidence provides a clear definition of the Nb-Si-Ti liquidus surface projection and indicates that the ternary phase diagram has seven transition reactions.