定向凝固对Nb-14Si-22Ti-2Hf-2Al-4Cr合金组织和高低温力学性能的影响

采用光悬浮炉在氩气环境下制备了成分为Nb-14Si-22Ti-2Hf-2Al-4Cr的定向凝固试棒,研究了凝固工艺对合金相组成、组织形貌和高低温力学性能的影响,并与电弧熔炼态的合金进行了比较。结果表明,定向凝固试样相组成与电弧熔炼态相比没有发生变化,均由Nb基固溶体(Nb solid solution, NbSS)和Nb/Si化合物Nb5Si3组成,定向凝固合金NbSS呈枝晶状,硅化物呈板条状沿着生长方向分布。与电弧熔炼态相比,定向凝固速度为15和10 mm/h的合金在1250 ℃的抗压缩强度从电弧熔炼态的290 MPa分别提高到约442和493 MPa;15 mm/h的定向凝固后,合金的室温断裂韧性从电弧熔炼态的12 MPa·m1/2增加到15 MPa·m1/2。通过光悬浮定向凝固法制备的该合金具有优良的高低温力学性能     

电弧熔炼Cr-40Ti-20Nb三元合金的组织与压缩性能

采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了Cr-40Ti-20Nb(原子分数)合金.利用光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)分析了合金不同凝固位置处的相组成和组织形态.结果表明,合金的凝固组织主要是由Laves相Cr2(Nb,Ti)枝晶组织及丁i的固溶体组成.同时对合金的显微硬度和压缩性能进行了测试,显微硬度值在6 112～7 350MPa之间,比Laves相Cr2Nb的显微硬度低20％.另外室温压缩屈服强度可达1 334-1 524 MPa,与采用多种合金化元素的Cr-12Nb-4Re-2Al合金相当,这表明Ti元素的添加不仅可以改变Laves相Cr2Nhb合金的凝固组织,而且对其塑性也有很大程度的改善.     

合金元素Al对Laves相NbCr2显微组织及断裂韧性的影响

采用机械合金化+热压烧结的工艺路线制备Laves相NbCr2合金,研究合金元素Al对其显微组织、力学性能,特别是韧化效果的影响.结果表明:合金元素Al主要占据了Laves相NbCr2金属间化合物中Cr原子的晶格位置.添加合金元素Al的Laves相NbCr2合金较未合金化的NbCr2硬度有所提高;当Al含量达到12at%时,断裂韧性要高于未合金化的NbCr2合金,达到了6.8 Mpa√m,远远高于熔铸合金的断裂韧性(1.2 Mpa√m).     

Hf含量对Nb-Si基超高温合金组织的影响

采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了4种名义成分为Nb-22Ti-16Si-3Cr-3Al-x Hf(x=0,2,4,8,at%)的合金,并于1450℃保温50 h进行了均匀化处理,研究Hf含量对Nb-Si基超高温合金电弧熔炼态及热处理后组织的影响。结果表明:不含Hf的合金的组织主要由初生α(Nb,X)5Si3,Nbss枝晶以及2种共晶(即Nbss/α(Nb,X)5Si3和Nbss/γ(Nb,X)5Si3)构成;加入2 at%Hf,促进了初生γ(Nb,X)5Si3的形成并增加了Nbss/γ(Nb,X)5Si3共晶的含量;当Hf含量增加至4 at%和8 at%时,α(Nb,X)5Si3的形成受到完全抑制,合金中的硅化物仅以γ(Nb,X)5Si3的形式存在。经1450℃/50 h热处理后,原电弧熔炼态的Nbss枝晶与典型的共晶组织形貌基本消失,合金的组织均匀分布。对Hf含量为0 at%和2 at%的合金来说,热处理后的相组成没有发生改变,但α(Nb,X)5Si3的含量减少;而对Hf含量为4 at%和8 at%的合金来说,热处理后Cr2Nb Laves相消失,且在后一种合金中还观察到少量棒状的(Nb,X)3Si相。     

稀土Y对Nb-Ti-Si基超高温合金组织及抗氧化性能的影响

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了5种成分为Nb-22Ti-15Si-5Cr-3Al-3Hf-x Y(x=0,0.03,0.06,0.12,0.30 at%)的合金,并在1250℃下分别进行了1、10、20和50 h的高温氧化实验,研究Y含量对合金电弧熔炼态组织及其高温抗氧化性能的影响。结果表明:添加Y不改变电弧熔炼态合金相组成,组织仍由Nbss及γ-(Nb,X)5Si3相组成,但细化了共晶组织。高温氧化实验结果表明,不同Y含量合金在氧化不同时间后,氧化膜均由Nb2O5,Ti O2,Ti2Nb10O29和Ti Nb2O7组成;随着Y含量的增加,氧化膜中的孔洞和裂纹减少,合金单位面积氧化增重也逐渐减小,表明Y的添加能够显著提高合金的高温抗氧化性能。     

Nb-Cr系多元合金的组织和性能

采用真空非自耗 真空自耗电弧熔炼的方法制备了Nb-Cr系多元合金的母合金锭;对母合金进行了1450℃,24h 1000℃,24h的热处理;采用三点弯曲方法测试了合金的室温断裂韧性;进行了950℃不同时间的氧化实验.发现热处理后Nbss基体由树枝晶转变为等轴晶,而Laves相Cr2(Nb,Ti,Hf)则由块状转变为边界圆润的棒状;合金的室温断裂机制由电弧熔炼态的解理断裂转变为热处理后的准解理断裂;950℃的氧化产物为CrNbO4、HfO2、TiO2、CrNb11O29和Ti2Nb10O29.     

高熵合金CrNbTiVZr的微观组织及其在模拟PEMFC环境中腐蚀行为研究

采用真空电弧熔炼和热处理制备了CrNbTiVZr高熵合金,利用XRD、SEM/EDS、动电位与恒电位极化曲线测试及XPS表面分析等方法,研究了高熵合金铸态及退火后的微观组织特征以及合金在模拟PEMFC环境中的电化学腐蚀行为及其钝化膜组成。结果表明,CrNbTiVZr高熵合金的铸态和退火组织均由富集Ti、Nb元素的无序BCC相和富集Cr、V、Zr元素的Laves相组成。铸态和退火合金在模拟PEMFC阴极环境中腐蚀电流密度Icorr均比304SS不锈钢下降一个数量级,具有较好的耐蚀性和稳定性,但在阳极环境中其耐蚀性与304SS相当,其中铸态合金的稳定性较差。合金在阴极环境良好的耐蚀性主要与其表面形成由Cr2O3、Nb2O5、V2O3、Ti2O3及ZrO2组成的致密钝化膜关系密切。     

合金化和热处理对难熔金属硅化物基合金组织和性能影响的研究现状

综述了合金化和热处理对硅化物基合金组织和性能的影响。在铌硅化物基合金中添加Mo，W或Al后，电弧熔炼态组织中的硅化物相为βNb5Si3；添加Cr或者V后，硅化物相为αNb5Si3：加入Ti后，硅化物相是Nb3Si。添加Ti，Hf和B可提高铌硅化物基合金的室温断裂韧性，添加W或Mo后合金的高温强度显著提高，而添加Cr，Al和Ti明显改善其高温抗氧化性能。在MoSi2中加入W，Nb和Ge等合金化元素后分别形成（Mo，W）Si2，（Mo，Nb）Si2或Mo（Si，Ge）2等硅化物，但在钼硅化物基合金中添加B后生成α—Mo，Mo3Si和T2相（MoSiB2），并且T2相所占的体积百分比与B的含量成正比。α-Mo相的含量对合金的断裂韧性和抗氧化性有重要影响。Nb或Mo的硅化物基合金的热处理温度都比较高，经过再结晶退火后合金中的组成相及其所占的体积百分比均发生变化，并且组织粗化，但分布更加均匀，从而对力学性能有显著的影响。     

热压时间对Laves相Cr2Nb合金组织与性能的影响

采用机械合金化 热压工艺路线制备化学配比成分的单相Laves相Cr2Nb合金.研究了Cr、Nb元素粉经20h球磨后在1300℃不同时间热压所获得的Laves相Cr2Nb合金的组织性能.结果表明,采用机械合金化 热压工艺可以制备出高致密度的组织细小均匀的Laves相Cr2Nb合金,随着热压时间的延长,合金的致密度、晶粒尺寸和维氏硬度逐渐增大而断裂韧度逐渐减小.1300℃×30min的热压试样的平均晶粒尺寸达到亚微米级,致密度达到98.7%,断裂韧度达到5.07MPa·m1/2,与熔铸法制备的Laves相Cr2Nb相比,室温断裂韧性提高,实现了细晶组织对Laves相Cr2Nb合金的增韧效果.     

定向凝固Nb-Ti-Si基超高温合金的组织与室温条件断裂韧性

采用真空自耗电弧熔炼法制备了Nb-Ti-Si基超高温合金的母合金锭,在2050℃的熔体温度下实现了合金的有坩埚整体定向凝固.测定了电弧熔炼态与定向凝固试样的室温条件断裂韧性,采用SEM,EDS等方法分析了凝固速率V分别为10,20和50 μm/s的整体定向凝固组织、单边切口梁弯曲试样的断口形貌及裂纹扩展路径,并讨论了其断裂机理.结果表明:合金的整体定向凝固组织主要由沿着试棒轴向挺直排列的横截面为多边形的初生(Nb,X)5Si3 (X代表Ti,Hf和Cr元素)棒与耦合生长的层片状Nbss/(Nb,X)5Si3共晶团(Nbss表示铌基固溶体)组成.整体定向凝固显著提高合金的室温条件断裂韧性KQ,且V=50μm/s时的最高,达16.1 MPa·m1/2,较电弧熔炼态试样的KQ提高了50.5％.定向凝固试样中Nbss与(Nb,X)5Si3沿垂直于受力方向的定向排列以及粗糙的Nbss产生的裂纹桥接和偏转,增大了裂纹扩展阻力,从而提高了合金的室温条件断裂韧性.     

Microstructure Characterization and Fracture Toughness of Laves Phase-Based Cr–Nb–Ti Alloys

Three Laves phase-based alloys with nominal compositions of Cr2Nb–x Ti(x = 20,30,40,in at%) have been prepared through vacuum non-consumable arc melting.The results show that the microstructures of Cr2Nb-(20,30) Ti alloys are composed of the primary Laves phase C15–Cr2(Nb,Ti) and bcc solid solution phase,while the microstructure of Cr2Nb–40Ti alloy is developed with the eutectic phases C15–Cr2(Nb,Ti)/bcc solid solution.The measured fracture toughness of ternary Laves phase C15–Cr2(Nb,Ti) is about 3.0 MPa m1/2,much larger than 1.4 MPa m1/2for binary Laves phase Cr2 Nb.Meanwhile,the fracture toughness of Cr2Nb–x Ti(x = 20,30,40) alloys increases with increasing Ti content and reaches 10.6 MPa m1/2in Cr2Nb–40Ti alloy.The eutectic microstructure and addition of Ti in Cr2 Nb are found to be effective in toughening Laves phase-based alloys.     

Effects of B addition on the microstructure and properties of Nb silicide based ultrahigh temperature alloys

Four Nb silicide based ultrahigh temperature alloys with compositions of Nb–22Ti–16Si–5Cr–4Hf–3Al–xB (x = 0, 2, 5 and 10, respectively) (at%) were prepared by vacuum non-consumable arc melting. The effects of B content on the phase selection, microstructure, oxidation resistance at 1250 °C, room-temperature fracture toughness and microhardness of the alloys were investigated. The results showed that the microstructures of the four alloys were all comprised of primary silicide blocks, Nbss dendrites and eutectic colonies. However, the crystal structures or types of silicides and the amounts of constituent phases obviously varied with increase in B content in the alloys. The oxidation resistance of the alloys was significantly ameliorated by B addition. The room temperature fracture toughness of the alloys was improved with 2 at% B addition but degraded with 5 or 10 at% B addition. The microhardness of Nbss rose slightly with increase in B content in the alloys, while that of silicides was dependent on their crystal structures, types and concentrations of alloying elements.     

V-Ti-Cr-Fe合金的储氢性能研究

研究了V（30％）-Ti（15％～55％）-Cr（7％～43％）-Fe（2％～18％）（原子分数，下同）四元合金的储氢性能。结果表明：V-Ti-Cr-Fe四元合金的吸氢量与有效吸氢量主要由Ti／（Cr＋Fe）比决定，当Ti／（Cr＋Fe）=1时，合金具有最好的吸放氢性能。随着Ti／（Cr＋Fe）比升高，合金的晶格常数增大，氢化物的生成焓增大，放氢平台压力降低。在298K时，V30Ti35Cr25Fe10合金的吸氢量达到3．6％（质量分数，下同），有效吸氢量达到2．0％。     

碳化物对铌基多相合金力学性能和组织结构的影响

采用纳米压痕和原子力显微镜对Nb-21Ti-4C-x Al(x:0,5,10,15 at%,下同)、Nb-35Ti-4C及Nb-25Ti-8C合金Nbss、(Nb,Ti)C、Nb3Al及相界面的力学性能和变形行为进行了研究。研究表明:Ti、Al元素合金化能有效提高Nbss的硬度,且Al强化效果优于Ti;高硬度的碳化物、Nb3Al与Nbss界面结合良好是理想的增强相。热处理后(Nb,Ti)C内部析出二次Nbss,改善了碳化物的变形行为,提高了韧性;热处理后Nbss内部组织均匀化及位错密度降低导致Nbss硬度下降。Ti、Al、C原子含量变化及热处理对Nbss的弹性模量影响不大。     

Effect of alloying elements on the behaviour of TiAl-based alloys

TiAl-based alloys containing Nb, Mo and Cr have been produced by induction melting both under an Ar atmosphere and in vacuum. Fracture toughness and isothermal oxidation tests at 900 °C have been performed on a number of alloys in order to evaluate the effect of alloying elements on both fracture toughness and hot corrosion. The results highlighted that there is an alloy composition range that could allow to obtain a good compromise between high temperature oxidation resistance and fracture toughness. In fact only for a selected Al/Ti ratio and a limited content of alloying elements it is possible to attain the alloy microstructural control and, for Mo free alloys, good protectiveness against oxidation.     

Ti对Nb-20Si-5Al超高温合金性能的影响

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了Nb-20Si-5Al-xTi(x=0,18,20,22,摩尔分数)超高温合金,研究了Ti加入量对Nb-20Si-5Al合金的室温断裂韧度和高温抗氧化性的影响。结果表明,随着Ti加入量的增加,超高温合金的相组成由Nbss、Nb₅Si₃和Al3Nb相转变成为Nbss、(Nb,Ti)5Si3和Ti相。Ti能明显改善Nb-20Si-5Al超高温合金的断裂韧度和高温抗氧化性能,随着Ti加入量的增加均先提高然后降低,在Ti加入量为20%时,合金断裂韧度最大,为7.41 MPa·m^1/2,相比未加Ti时提高了约56.9%,其高温氧化速率最低,为0.72×10^-4g²/(cm⁴·h)。添加Ti元素后,其氧化产物中出现Ti₂Nb₁₀O₂₉、TiNb₂O₇、TiO₂等,可以提高其氧化膜的致密性,从而提高高温抗氧化性能。     

Relationship between phase composition and corrosion resistanceof Ni-Ti-Nb based shape memory alloys

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＮｉ Ｔｉ Ｎｂａｌｌｏｙｓ ,ｏｎａｃｃｏｕｎｔｏｆｔｈｅｉｒｓｈａｐｅｍｅｍ ｏｒｙａｎｄ ｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｙｓｔｅｒｉｓｉｓ ,ｈａｖｅｂｅｅｎｐａｉｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｆｏｒｍａｎｙｙｅａｒｓａｎｄｐｒｏ ｐｏｓｅｄｆｏｒｖａｒｉｏｕｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[1～ 5] .Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｈｙｓｔｅｒｉｓｉｓｄｕｅｔｏ β ＮｂｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎＮｉ Ｔｉｍａｔ…