Ti对Nb-20Si-5Al超高温合金组织的影响

以Nb、Si、Al和Ti粉末为原料,采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了Nb-20Si-5Al-xTi(x=0、18、20、22 at%)合金。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等手段对合金的组织结构进行了分析,研究了Ti对Nb-20Si-5Al合金的组织的影响规律。结果表明:Ti元素的加入会明显改变合金的组织,随着Ti加入量的增加,合金的相组成由Nb_(SS)、Nb_5Si_3和Al_3Nb相转变成为Nb_(SS)、(Nb,Ti)_5Si_3和Ti相;Ti元素的加入消除了合金中的Al_3Nb相,促进了Al元素的均匀分布,同时使得合金中Nb_(SS)相的点阵常数有所增大,衍射峰向左偏转。     

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     

Nb-Si基超高温合金及其定向凝固工艺的研究进展

具有低密度和高熔点特性的Nb-Si基超高温合金是下一代航空发动机热端部件的重要候选材料之一.但Nb-Si基超高温合金的低室温断裂韧性限制了其工业化应用,合金化和定向凝固是改善室温断裂韧性的有效方法,本文综述了这2个方面的研究进展.合金化方面重点介绍了合金元素通过位错增韧和相改变增韧实现铌基固溶体(Nbss)相的韧化,通过固溶强化和相变提高硅化物相的高温性能,促进硅化物以近"Y"型生长,改善两相的界面等影响,分析发现Ti、Hf、Zr、B和Mg等元素均可改善室温断裂韧性.定向凝固方面综述了Nb-Si基超高温合金的定向凝固方法及特点,不同定向凝固工艺对Nb-Si基合金的组成相、组织形貌、室温断裂韧性以及高温强度的影响,定向凝固过程的组织演变规律及强化机理,分析发现调控工艺可获得Nbss/Nb5Si3良好单向生长的组织.在保证Nbss/Nb5Si3共晶耦合单向生长的情况下,减小Nbss相的厚度,提升其连续性是提高室温断裂韧性的有效方法.还展望了Nb-Si合金化与定向凝固的未来发展趋势.     

Ti含量对Nb-Si基超高温合金组织及相成分的影响

采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了Nb-Si基超高温合金,分析了Ti含量对合金组织及相成分的影响规律。结果表明,合金中Ti含量对初生(Nb,X)_5Si_3的晶型及其尺寸和含量有明显影响。当Ti含量较低时(Oat%~10at%),初生硅化物为α-(Nb,X)_5Si_3;与未添加Ti的合金相比,含Ti合金的硅化物含量明显增加;当Ti含量为18at%~20at%时,初生硅化物为α-(Nb,X)_5Si_3和γ-(Nb,X)_5Si_3,但α-(Nb,X)_5Si_3的含量随着合金中Ti含量的增加而减少;当Ti含量为22at%~30at%时,初生硅化物仅为γ-(Nb,X)_5Si_3。随合金中Ti含量的增加,α-(Nb,X)_5Si_3的尺寸增大,但γ-(Nb,X)_5Si_3尺寸基本不变。Ti在Nbss和γ-(Nb,X)_5Si_3中的含量均随合金中Ti含量的增加而增加,但Ti在α-(Nb,X)_5Si_3中的含量较低且基本不随合金中Ti含量的增加而变化。     

真空感应熔炼Nb-16Si-22Ti-2Hf-2Cr-2Al合金的组织和性能

The melt with a nominal composition of Nb-16Si-22Ti-2Hf-2Cr-2Al was poured in a ceramic shell mould with a temperature gradient of about 4℃/mm, and the ingot with the dimension of 60 mm×170 mm was obtained. The relationship between the microstructure and mechanical properties was measured, and the effects of the silicide on fracture toughness at ambient temperature and compression strength at high temperature were analyzed. It is revealed that the microstructure of the alloy consists of Nb solid solution and silicides, and the cooling rate can obviously change primary phase and constituent phases. The volume fraction of Nb₃Si formed at rapid cooling rate is significantly increased, and Nb₅Si₃ phase is formed with decreasing in cooling rate, whereas the volume fraction of the eutectic colonies and Nb_SS dendrites increase evidently, especially the second dendrite arm. Fine and uniform eutectic colonies are contributed to the ambient tensile strength, while the coarse primary Nb₃Si decreases the tensile strength but improves the compression strength of the alloy. When the microstructure is mainly composed of fine (Nb_SS+Nb₅Si₃) eutectic colonies, the tensile strength and elongation of the alloy reach 449 MPa and 0.3%, respectively. When lath-like Nb₃Si phase has 80 $\mu$m in width and 50% in volume fraction as well as its long axis is parallel to compression direction, the compression strength of the alloy at 1250℃ is about 650 MPa.     

Al对高温合金高温抗氧化性能的影响

通过加入Al改善高温合金氧化膜的稳定性,并辅以微量强化元素Nb与合理的热处理工艺来提高高温合金抗氧化性。在真空感应熔炼炉中熔炼合金,利用扫描电镜、X射线衍射仪研究了Al元素对高温抗氧化性能的影响。结果表明:Al的加入提高了钢的抗氧化性,但含5%Al试样的氧化膜表面出现大量裂纹;合金氧化膜主要是由Cr2O3和具有尖晶石结构的FeCr2O4、Fe3O4以及少量Al3Fe5O12组成。     

合金化元素对Nb-Si基超高温合金微观组织和性能的影响

Ti、B、Al和Cr等元素对Nb-Si基合金组织和性能影响的研究和报道较多,而对Zr、Mo、W和Hf等元素的研究报道较少,这些元素的加入不仅能够优化Nb-Si基合金的微观组织,也能使合金的综合性能明显提升。系统的分析和归纳这些合金元素的加入对Nb-Si基合金组织和性能的影响,对今后Nb-Si基超高温合金的设计和应用有着重大的意义。本文重点关注了Zr、Mo、W和Hf等合金元素对Nb-Si基合金组织、力学性能和高温抗氧化性能的影响。     

Al对CNTs增强Nb/Nb5Si3复合材料组织和性能的影响

以Nb、Si、CNTs和Al粉末为原料,采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了Nb-20Si-2 mass%CNTs-xAl(x=0、1、2、3、4 mass%)复合材料。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等对复合材料的组织结构进行了分析,研究了Al对CNTs增强Nb/Nb5Si3复合材料的组织和性能的影响。结果表明:Al能部分固溶于Nb5Si3和Nbss相中,多余的Al会与Nb反应生成AlNb3相,较均匀地分布中Nb5Si3相中,并大部分聚集在Nb/Nb5Si3的界面处。Al元素的加入能明显改善Nb/Nb5Si3复合材料的断裂韧性,随着Al含量的增加,复合材料的断裂韧性先升高后降低,其中Al含量为2 mass%时达到最大值,即6.94 MPa·m^1/2,相对于未加时提高了约56.9%。同时Al元素还能有效降低Nb/Nb5Si3复合材料高温氧化速度,提高高温抗氧化性能,而Al元素的加入量越高,其高温抗氧化性能越好。     

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。     

Fe对Nb-16Si-22Ti-2Cr-2Al-2Hf合金组织与高温压缩性能影响研究

采用真空非自耗电弧炉制备了不同Fe含量的Nb-16Si-22Ti-2Cr-2Al-2Hf-xFe(x=0,1,2,3,原子分数)4种合金。采用XRD对合金相结构分析表明,制备的合金由Nbss相,Nb_3Si相及Nb_5Si_3相组成。微观组织分析发现,随着Fe元素含量的增加,促进共析反应Nb_3Si→Nbss+Nb_5Si_3的进行,合金相组成由Nbss+Nb_3Si转变为Nbss+Nb_5Si_3。Nb_3Si组织由连续变成分散的块状,体积分数减小,Nbss相由树枝晶状转变为等轴晶状,平均晶粒大小约5μm,体积分数有所增加。采用Gleeble-1500热模拟机对合金进行高温压缩实验,发现随着Fe元素含量的增加,压缩温度的升高及应变速率的降低,合金压缩开裂倾向减小,应力峰值降低,变形能力增加。Fe元素的添加令Nb-Si基超高温合金具有更好的高温塑性变形能力,对改善Nb-Si合金的热加工性能具有重要的意义。     

高温持久对Al-Cu-Mg-Ag铝合金的组织和性能的影响

利用透射电镜、SEM形貌观察、剩余强度的测定等试验手段,研究了AlCuMgAg铝合金在欠时效状态下的高温持久对合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明,165℃×4h欠时效状态的合金在高温高压持久(200℃、220MPa)条件下,强度逐渐增加,持久时间为20h时,强度达到最大值,而后缓慢下降;持久时间为100h的断裂仍为韧性断裂,只是无析出带的宽度增加。     

预氧化处理对钛合金抗高温氧化行为的影响

研究了预氧化处理对Ti06Al-4V合金在600℃空气中高温氧化行为的影响。利用XRD和SEM对氧化层表面形貌、相组成及氧化层断面组织结构进行分析。结果表明：预氧化处理的钛合金表面形成了较为致密的Al2O3和TiO2氧化膜，在氧化试验过程中，不仅改变合金的氧化机制，合金由高温氧化时氧向内部扩散为主转变为钛原子向外扩散为主，而且明显降低了合金的氧化速率，提高了氧化膜的粘附性和抗剥落能力。     

时效温度和Cr含量对Cu-Ag-Cr合金性能的影响

研究了时效温度和Cr含量对70%冷轧变形的Cu-Ag-xCr合金的硬度、导电性能和耐蚀性能的影响。结果表明,Cu-Ag-xCr合金在450~500℃时效后,其硬度随时效温度增加而降低,随Cr含量增加而升高;时效温度和Cr含量对合金电导率的影响不大;随时效温度升高,合金耐蚀性降低;随Cr含量增加,腐蚀速率降低,耐蚀性提高。Cr含量为0.34%时,在450℃时效2h后,其综合性能较好,电导率为47.02 MS/m,硬度(HV0.1)达到128.34,耐腐蚀性较好。     

Al对Ni-CCNTs/Mg复合材料高温力学性能的影响

采用搅拌铸造法制备了化学包覆Ni-CCNTs/Mg复合材料.测试了铸态条件下复合材料的高温力学性能,并对微观组织进行了观测和分析.试验结果表明,Al的加入能显著提高复合材料的高温性能.当Al含量为8%时,复合材料高温抗拉强度达到最大值152.3 MPa,相对于原始试样(未加Al的试样,抗拉强度为57.7 MPa)提高了164.2%;随着Al含量增加,金属间化合物Mg17Al12相的数量增多,并变得更加连续,与此同时晶粒明显变细.     

不同方法制备的Cu-Si合金的高温氧化行为

采用电弧熔炼（CA）和机械合金化（MA）方法制备了不同显微组织的二元单相Cu-Si合金（CACu-0.15Si和MACu-0.15Si,CACu-1.3Si和MACu-1.3Si）,并研究了它们在700℃和800℃纯O2中的高温氧化行为。结果表明,两种方法制备的Cu-Si合金氧化后均形成了富SiO2的混合氧化区,但未形成连续的SiO2保护膜。两种成分的机械合金化Cu-Si合金的氧化速度均小于相同温度下同成分的熔炼Cu-Si合金,这是因为细晶材料及其氧化生成的氧化膜中包含了更多的晶界,为合金各元素及氧的扩散提供了更多的短路扩散通道,使它们扩散速度均有明显提高,SiO2富集区（Cu2O＋SiO2）的快速形成有效地限制了Cu的快速向外扩散。     

氩气处理对AZ91镁合金高温力学性能的影响

研究了氩气处理对AZ91镁合金高温力学性能的影响。结果表明,经过氩气处理后,每100g熔体中的氢含量从未处理的14.8cm^3降低至7.3cm^3,除气率高达50.7%;在20、100、175、250、325和400℃对合金分别进行拉伸试验,发现除气对合金抗拉强度和屈服强度的影响随温度升高而逐渐减小,但对伸长率的影响正好相反。在温度低于250℃时除气,合金强度显著提高,伸长率变化不明显,除气对在高温(250~325℃)拉伸时强度影响不大,但明显提高了镁合金的伸长率,另外,应变硬化指数(n)值相差不大(分别为0.04和0.03)。     

合金化对超薄铝合金翅片高温力学性能和组织的影响

采用高温拉伸试验、金相显微镜、扫描电镜等方法研究了Si、Zr、Fe合金化对超薄铝合金翅片高温性能和组织的影响。结果表明,3003和改性3003铝合金(3003mod)的强度均随着拉伸温度的升高而降低,而伸长率均先增大而后降低。3003mod铝合金在500℃时屈服强度较3003合金提高了32.2%。合金化显著提高了3003mod铝合金中纳米颗粒数量,降低了粗大微米相数量,其组织特征抑制了高温拉伸过程中的二次再结晶形核,较3003合金晶粒更粗、长宽比更大。二次再结晶是导致500℃下两种合金的伸长率较300℃下的急剧减小的根本原因。     

球磨时间和热压温度对粉末冶金Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf-2Cr合金显微组织和室温力学性能的影响

采用粉末冶金法制备了Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf-2Cr合金,研究了粉末球磨时间（5、10、20 h）及热压烧结温度（1500、1600 ℃）对合金组织和室温力学性能的影响。结果表明：热压烧结后的合金由Nb基固溶体NbSS、Ti基固溶体TiSS和硅化物Nb5Si3三相组成。随着球磨时间的延长,Nb5Si3和TiSS的含量增加,而NbSS的含量减少。室温硬度随球磨时间延长和热压烧结温度的升高而提高,20 h/1600 ℃热压烧结合金硬度值最高,HV硬度达到11500 MPa。1500和1600 ℃热压烧结下合金的断裂韧性随着粉末球磨时间的延长均呈下降的趋势,5 h/1500 ℃热压烧结合金断裂韧性值最高,为10.14 MPa·m1/2。