电弧熔炼态NiAl-V合金的组织演变与力学性能

采用真空电弧熔炼制备了Ni-34Al-32V(at.%)及Ni-28.5Al-43V(at.%)成分的合金。对于真空电弧熔炼纽扣锭不同位置处微观组织及力学性能进行了研究。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,32V合金的凝固组织由NiAl初生枝晶及NiAl+V片层共晶组成;43V合金的凝固组织由V初生枝晶与NiAl+V片层共晶共同组成。同时对合金进行了力学性能测试,高温压缩强度与室温断裂韧性较NiAl合金均有很大提高,表明V的加入可提高NiAl合金的室温断裂韧性与高温强度。     

电弧熔炼态NiAl-39V共晶合金的组织及力学性能

采用真空非自耗电弧熔炼制备了Ni-30.5A1-39V (at%)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:Ni-30.5Al-39V合金的凝固组织由NiAl+V片层共晶组成。通过断裂韧性和高温压缩的测试表明:NiAl-39V合金的断裂韧性是NiAl合金的3倍,裂纹偏转和裂纹键合是其主要韧化机理。高温强度提升约2倍左右,复相强化和固溶强化是高温强度提升的主要原因。最后,基于Arrhenius模型构建NiAl-39V合金本构关系为ε=5.398[sinh(0.037128σ)]~(2.3)exp(-109.95×10~3/RT),其激活能为109.95 kJ·mol~(-1)。     

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.     

生长速率对定向凝固NiAl-43V过共晶合金组织演变和室温断裂韧性的影响

采用高温度梯度液态金属冷却技术(LMC)制备了Ni-28.5Al-43V(at%)过共晶合金,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和三点弯曲(3PB)测试对合金的组织演变和断裂韧性进行了研究。在温度梯度G_L=310 K/cm,生长速率V=6～150μm/s的实验条件下,NiAl-43V的凝固组织均为初生V枝晶+共晶组织(NiAl片层+V片层)。硬度测试表明初生V枝晶的硬度高于共晶相的硬度。断裂韧性测试表明NiAl-43V过共晶合金最大室温断裂韧性相比NiAl合金提高了4倍。随着生长速率的增大,室温断裂韧性从6μm/s的22.679 MPa·m~(1/2)逐渐下降到150μm/s的18.422 MPa·m~(1/2)。这是因为生长速率增大产生的细晶强化效应弱于初生V枝晶和胞间区域的增加对断裂韧性产生的不良影响。合金的断口形貌分析表明合金断裂为准解理断裂,在裂纹扩展中裂纹钝化、裂纹再形核、裂纹偏转、界面剥离、裂纹桥接和微裂纹键合韧化机制对提高NiAl-43V合金的室温断裂韧性做出了贡献。初生V枝晶的析出一定程度降低了合金的断裂韧性。     

定向凝固NiAl-32V亚共晶合金热稳定性研究

本文采用定向凝固技术制备NiAl-32V伪二元亚共晶合金,研究该合金在高温热处理后不同抽拉速率稳态区组织形貌,并分析其热稳定性及组织形貌变化规律。结果表明：该合金初生相组织在900℃(5~100h)组织热稳定性良好;NiAl相共晶层片均有粗化与球化现象,且热处理时间越久,粗化程度越大,球化现象越明显。不同温度(900℃、1000℃、1100℃)5h高温热处理后该合金初生相面积占比也略有变化,所有试样(抽拉速率V=6～150μm/s)NiAl共晶层片均有粗化与球化现象;随着热处理温度的增加,粗化和球化现象愈明显。     

电磁离心铸造NiAl共晶合金的显微组织和力学性能

利用电磁离心铸造(EMCC)工艺制备NiAl/Cr(Mo)共晶合金,研究了合金的显微组织和压缩性能.结果表明, 合金显微组织细小,由激冷区、共晶区和亚共晶区组成.激冷区以初生β-NiAl相为主,共晶区由β-NiAl和α-Cr(Mo)相构成,亚共晶区由初生β-NiAl和β-NiAl/α-Cr(Mo)共晶组成. EMCC NiAl共晶合金1000℃压缩行为遵从幂指数规律: ε=Aσn.合金的室温断裂方式以基体NiAl的解理断裂和NiAl/Cr(Mo)的相界面剥离为主.     

电弧熔炼态Laves相Cr2Nb/Cr合金的微观组织演变

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了Cr-12％Nb(原子分数,下同)和Cr-20％Nb 2种成分合金的纽扣锭,利用XRD,OM,SEM和EDS对电弧熔炼态纽扣锭不同位置的组织及其竞争生长进行了研究.结果表明：Cr-12％Nb合金纽扣锭底部为细小的离异共晶,中部和顶部则由粗大的初生Cr相和共晶组织(Cr2Nb+Cr)组成.而...     

Ta含量对Nb-Nb5Si3共晶合金的组织和压缩性能的影响

采用真空电弧熔炼方法制备了不同Ta含量的Nb-NbsSi3共晶合金,显微组织和压缩性能的研究表明：Ta主要固溶在Nb基体相中,随Ta含量的增加,NbsSi3相逐渐减少;Ta促使β-Nb5Si3相转变为α—NbsSi3相;Ta的加入有利于复合材料室温和高温强度的提高,Ta含量为5％（原子分数）的材料高温压缩强度最高.     

NiAl(Ti)-Cr(Mo)共晶合金的微观组织和力学性能

Ni-32Al-28Cr-3Mo-4Ti(原子分数,％)共晶合金组织由β-NiAl和α-Cr(Mo)共晶组成,并含有少量初生β-NiAl相和Ni_2AlTi相．合金压缩屈服强度超过稀土Dy合金化的NiAl-Cr(Mo)合金,与NiAl-28Cr-5Mo-1Hf合金相当,表明Ti合金化有利于提高NiAl-Cr(Mo)共晶合金的强度．合金在1000℃下的蠕变断裂寿命和最小蠕变速率均与施加载荷之间呈线性的双对数关系,蠕变断裂寿命与最小蠕变速率之间满足Monkman-Grant关系修正式：t_f·((?)min)~(0.71)=0．51．合金的室温断裂方式为共晶相的解理断裂以及NiAl与Cr(Mo)相界面的剥离,高温蠕变断裂由共晶胞界处微空洞形成和聚集所导致．     

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.     

合金成分及熔炼工艺对多元铌基超高温合金组织的影响

采用真空自耗电弧熔炼和真空非自耗电弧熔炼2种工艺熔炼了4种不同成分的多元铌基超高温合金,研究了合金成分及熔炼工艺对组织的影响规律.结果表明:4种成分的合金均由初生Nb基固溶体枝晶或初生(Nb,x)5Si3(x代表Ti, Cr和Hf元素)块和板条以及Nbss/(Nb,x)5Si3共晶团组成.随着Si含量的升高,组织中Nbss/(Nb,x)5Si3共晶团的含量增多且初生相也从Nbss枝晶转变为(Nb,x)5Si3块或板条.铌硅化物相为γ-(Nb,x)5Si3及β-(Nb,x)5Si3.大块或板条状硅化物内有微裂纹出现.     

热等静压和热处理对快凝NiAl-Cr(Mo)-Hf共晶合金显微组织和压缩性能的影响

快速凝固可明显细化NiAl-Cr(Mo)-0.5Hf共晶合金的组织,使合金中的富Hf相部分以Hf固溶体的形式存在,改善了Heusler相(Ni_2AlHf)和Hf固溶体的形态和分市,明显提高了合金的室温压缩性能.快凝合金热等静压或高温热处理后,合金中的Heusler相进一步向Hf固溶体转变,而且Heusler相和Hf固溶体均由原来的近连续分布转变为不连续分布;热等静压处理快凝合金中的初生NiAl相呈现粗化的趋势,而高温热处理快凝合金中的初生NiAl相有所减少.热等静压和高温热处理工艺进一步改善了快凝合金的高温压缩性能.     

合金元素和凝固技术对NiAl金属间化合物的影响

本文介绍了金属间化合物NiAl的合金化与凝固技术的研究现状.介绍了合金化对NiAl的塑性、韧性和强度的影响,以及定向凝固、普通铸造和单晶制备技术对NiAl强度的影响,其中由定向凝固技术制备的NiAl与难熔金属相组成的共晶合金具有良好的高温强度和室温韧性.     

Ti对Nb-Si合金组织及力学性能影响

以Nb-18Si合金为研究对象,采用真空非自耗电弧炉制备Nb-18Si-xTi(x=0,16,20,24)合金,研究了Ti对Nb-Si合金组织及力学性能影响。结果表明,Ti元素能增大Nb-18Si-xTi合金中Nbss相的尺寸,减少其体积分数,使合金成分接近过共晶成分区,形成粗大连续的Nb_3Si相。Ti可促进Nbss+Nb_5Si_3共晶组织形成,为共析转变提供了形核衬底,从而促进了电弧熔炼态合金中Nb_3Si相发生共析转变,形成Nbss+α-Nb_5Si_3共析组织。Ti添加降低了Nb-Si合金的显微硬度,同时由于生成初生Nb_3Si相,Nb-Si合金的室温压缩强度提高。     

微量Sc对NiAl二元合金及NiAl-28Cr-6Mo共晶合金显微组织和力学性能的影响

Sc的名义成分(质量分数,%)为0.10和0.30的NiAl二元合金中有富Sc相析出.与NiAl二元合金相比,在NiAl-Cr-Mo共晶合金中没有发现富Sc相,这与共晶合金中β相存在Sc元素的固溶度扩展现象有关.不同Sc含量的NiAl二元合金和NiAl-Cr-Mo共晶合金的压缩实验结果表明,Sc能提高NiAl二元合金的室温和高温强度,这是由于Sc的置换固溶强化与富Sc第二相强化所致;而Sc添加到NiAl-Cr-Mo共晶合金中,只是室温强度有所提高,对于高温强度无明显影响,这是由于Sc的置换固溶强化只在室温下比较明显.     

电弧熔炼Nb-Ti-Cr-Si基超高温合金的组织和室温力学性能

采用真空自耗电弧熔炼法制备了Nb-Ti-Cr-Si基超高温合金合金锭,测试了其室温力学性能。结果表明:合金锭各位置处的成分除Cr元素外分布比较均匀,Cr元素从锭边缘到中心部分呈现减少的趋势。合金的显微组织主要由初生Nbss,呈片层状或花瓣状的Nbss/(Nb,X)5Si3共晶组织及细小的Nbss/Cr2Nb共晶团组成,但在合金锭顶部中央处还出现了少量的块状(Nb,X)3Si。随着离锭边缘距离的增加,初生Nbss枝晶杆由细变粗,Nbss/(Nb,X)5Si3共晶组织的定向效果逐渐消失,但Nbss/Cr2Nb共晶团体积分数有减小的趋势。经过多元合金化的Nb-Ti-Cr-Si基合金室温的抗拉强度为378.7MPa,室温断裂韧性为13.4MPa·m1/2。室温拉伸和断裂韧性试样的失效模式均为脆性准解理断裂。     

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。     

水冷铜模中Ni-(50-x)Al-xSc合金凝固组织及性能

用真空电弧炉在水冷铜模亚快速凝固条件下制备Ni-(50-x)Al-xSc(at%)合金,用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察合金组织,用X射线衍射(XRD)和能谱(EDS)分析合金的相组成,结合差式扫描量热法(DSC)分析合金凝固过程,用维氏显微硬度计和纳米压痕仪分别测定合金的硬度和弹性模量,采用两相系统简化模型估算合金整体弹性模量。结果表明,Ni-50Al、Ni-45Al-5Sc、Ni-40Al-10Sc和Ni-35Al-15Sc合金的亚快速凝固组织分别为NiAl、NiAl+AlNi₂Sc、NiAl+AlNi₂Sc和NiAl+AlNi₂Sc+(AlNi₂Sc+Ni-16.93Al-21.53Sc)。合金中各相析出的先后顺序为NiAl、AlNi₂Sc和(AlNi₂Sc+Ni-16.93Al-21.53Sc)。AlNi₂Sc生长的Jackson因子α = 0.2,凝固界面是粗糙界面。Sc使初生NiAl相的硬度提升,AlNi₂Sc相的硬度大于NiAl相的硬度。Sc使初生NiAl相弹性模量减小,Ni-(50-x)Al-xSc合金的整体弹性模量与NiAl金属间化合物相比有减小。     

定向凝固NiAl-Mo过共晶合金组织演变及性能

采用液态金属高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-16Mo(at.%)过共晶合金,研究了生长速率对合金组织演变及性能的影响。在生长速率为12~300μm/s范围内,该合金的凝固组织为初生Mo枝晶与NiAl/Mo纤维共晶的混合组织。随生长速率增加,初生Mo枝晶的体积分数由12μm/s的7.21%增加到 300μm/s的11.42%,Mo枝晶尺度和间距同时随之减小。性能测试结果表明,室温断裂韧性和高温强度随生长速率增加而降低,同时对合金强韧化机理进行了探讨。     

Cr含量对Nb-Ti-Si-Cr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方法制备了4种不同Cr含量的Nb-22Ti-14Si-xCr-3Al-5Hf-1.5B-0.06Y(x=0,10,14,20,at％)超高温合金.研究了Cr含量对合金的相组成、显微组织和高温抗氧化性能的影响.结果表明:不含Cr合金的组织由初生Nbss枝晶和Nbss/(Nb,X)5Si3共晶团组成,含Cr的3种合金中,初生相均为(Nb,X)5Si3,并出现了Nbss/Cr2Nb共晶团.随着Cr含量的增加,初生相(Nb,X)5Si3的含量增加,Nbss/Cr2Nb共晶团的含量增加,而Nbss/(Nb,X)5Si3共晶团的含量却减少,当Cr含量达到20 at％时,组织中未发现Nbss/(Nb,X)5Si3共晶团.1250℃的氧化实验表明:随着Cr含量的增加,氧化膜组织中Ti04Cr03Nb03O2和(Ti,Cr) NbO4含量增加,而Nb2O5和Ti2Nb10O29的含量却减少,氧化膜与基体结合程度加强,合金的高温抗氧化性能也随之增强.