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。     

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.     

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     

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。     

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。     

退火对Cu50Zr42Al8非晶合金电阻的影响

采用惠更斯电桥法和X射线衍射技术测试了Cu50Zr42Al8块状非晶合金在不同温度(500~600℃)保温20min和550℃保温不同时间(10~60min)条件下的电阻值与结构变化。研究发现,Cu50Zr42Al8块状非晶合金的电阻值在接近晶化温度Tx的515~520℃温度区间附近增加得较快,呈现出电阻极大现象,且随着退火温度的升高和保温时间的延长,电阻值均呈现出先增大后减小的变化趋势。     

ZA27合金高温冲击性能的研究

在示波冲击试验机上研究了不同温度对ZA27合金冲击功的影响,使用SEM观察了冲击断口的表面形貌.结果表明:当温度低于100 ℃时,ZA27的冲击功随温度提高而降低;当温度在100～200 ℃之间时,冲击功随温度增加而增加;温度升至250 ℃时,冲击功急剧下降.20 ℃时的冲击功高达72.768 J.冲击断口形貌以撕裂棱和韧窝为主,冲击功越高,撕裂特征越明显,韧窝越小,分布越均匀;冲击功越低,撕裂特征越不明显,韧窝越大,分布越不均匀.材料的冲击行为可以用冲击载荷波形的宽度来评价,峰宽越大,冲击韧度越好,峰宽越窄,冲击韧度越差.     

变质处理对M2高速钢组织和性能的影响

用Y—K—Na对M2高速钢进行复合变质处理,研究了变质处理对M2高速钢组织和性能的影响。结果表明,M2铸造高速钢经Y-K-Na复合变质处理后,组织明显细化,共晶碳化物由网状分布变为块状和团球状,冲击韧性提高70.7％,耐磨性也明显提高,各项力学性能接近锻造M2高速钢的水平。     

Mn含量对Mg-5Al合金铸态组织和力学性能的影响

研究了合金元素Mn对Mg-5Al合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,在Mg-5Al合金中加入Mn后,合金组织细化,连续或半连续网状分布的β-Mg17Al12相逐渐转变为断续、分散的骨骼状相,晶界附近出现颗粒相并且数量逐渐增多。随着Mn含量增加,合金室温抗拉强度、伸长率及冲击韧度先上升然后下降。当Mn含量为0.3%时,合金综合力学性能最好,抗拉强度、伸长率与冲击韧度达到190MPa、7.3%与21.1J·cm-2,分别提高了7.9%、9.1%与9.3%。继续增加Mn含量至0.5%时,Al8Mn5颗粒聚集长大粗化,导致Mg-5Al合金综合力学性能下降。     

中温时效对TiNiCu形状记忆合金双程记忆效应的影响

在400~600℃时效温度范围内,研究了TiNiCu形状记忆合金在热机械训练和热循环后的双程记忆效应。结果表明,热机械训练100次后,时效温度为500℃时的双程可逆应变量最大可达4.2%。在2000次热循环中,前100次热循环的双程可逆应变量随热循环次数增加衰减很快,100次热循环后双程可逆应变量衰减不大,逐渐趋于稳定。热循环前,Ms、Mf、As和Af随时效温度的增加而增加,但在550℃以上时As和Af稍有减小;热循环后,Ms和Mf以550℃为临界值,As和Af以500℃为临界值,分别随时效温度先增大后减小。同一时效下的相变温度会在热循环后发生漂移。     

Cu 对非晶Fe74 Al4 Ga2 P12 B4 Si4合金晶化行为的影响

研究了Fe74Al4Ga2P12B4Si4和Fe74Al4Cu1Ga2P12B4Si4合金在500～550℃温度区间的等温晶化行为，并分析了Cu对Fe74Al4Ga2P12B4Si4合金晶化行为的影响。采用XRD和DSC分析晶化相组成。结果表明，Cu降低合金的晶化温度（Tx），使得DSC图像上的玻璃转变温度（Tg）消失，在铸态组织中出现淬态核。同时Cu的富集为α-Fe的形核提供大量的形核中心，阻止晶粒的长大，使合金纳米化，改变了合金的晶化方式和最终晶化产物。     

微量Zr对铸造TiAl合金高温力学性能的影响

在Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr合金中添加0.2at.％Zr以研究微量Zr对铸造形成的定向层片组织高温力学性能的作用.结果表明,添加0.2at.％Zr显著提高了该合金的持久寿命,但未对其高温拉伸强度产生明显影响.根据两种合金持久试验前后组织对比观察的结果提出,添加微量Zr主要是通过增加定向层片组织的热稳定性而使其持久性能得以改善;另外,微量Zr减少了热等静压过程中等轴晶粒的析出,也有助于延长合金的持久寿命.     

热-机械训练对Fe-20Mn-5Si-5Cr-3Ni形状记忆合金性能的影响

研究了热-机械训练对Fe-20Mn-5Si-5Cr-3Ni合金形状记忆效应(SME)的影响,对合金在HCI、NaOH和NaC1溶液中的耐腐蚀性进行了实验研究.结果表明,热-机械训练能够有效提高合金的形状回复率,在600℃进行中间退火,形状回复率较好;热-机械训练次数为3次时,形状回复率达到最大值(98%).Fe-20Mn-5Si-5Cr-3Ni合金的耐腐蚀性在NaOH溶液中较好,在NaC1溶液中次之,在HC1溶液中较差.     

退火温度对非晶合金Fe69Al5Ga2P9.65B4.6Si3C6.75磁性能的影响

通过7种不同的温度对非晶合金Fe69 Al5 Ga2 P9.6s B4.6Si3 C6.75进行了退火处理,以研究退火温度对合金磁性能的影响.试验磁性能数据表明,合金的饱和磁化强度随退火温度的升高先增加后急剧减小,在450℃时的值最大,M.为628.76emu/g;而矫顽力曲线和剩磁比曲线的走势相近,且在490℃附近的值较小,其软磁性能较好.试验证明,合金的最大饱和磁化强度的退火温度与软磁性能最佳的退火温度不是同一温度值,其综合磁性能的退火温度应选择450～490℃之间的值.