热处理对定向凝固Nb-Ti-Si基超高温合金组织和显微硬度的影响

对定向凝固Nb-Ti-Si基超高温合金分别进行（1500℃,50h）的均匀化处理以及（1500℃,50h＋1100℃,50h）的均匀化＋时效热处理。结果表明：热处理后合金组织更加均匀,大尺寸初生（Nb,X）5Si3（X代表Ti和Hf元素）块逐渐溶解或破碎,并且定向凝固共晶团中的大部分片状铌基固溶体Nbss以及（Nb,X）5Si3变得短、粗;热处理能够有效消除定向凝固态合金中不同区域Nbss内存在的元素偏析,各元素偏析比在热处理后均趋向于1;热处理后,组织的显微硬度增加,最大值达到了HV1404.57,较定向凝固态合金中共晶组织的显微硬度增加了72.8%。     

高温均匀化及时效处理对Nb-Ti-Si基超高温合金组织的影响

采用真空非自耗电弧熔炼法制备Nb-Ti-Si基超高温合金的母合金锭,分别于1300、1400、1500和1600℃保温50 h,对其进行均匀化处理,然后于1100℃保温50 h进行时效处理.结果表明:热处理后的组织主要由Nbss和(Nb、x)5Si3(x代表Ti、Cr和Hf元素)组成,经1600℃、50 h和1600℃、50 h 1100℃、50 h热处理后的组织中还出现HfO2.随着热处理温度的升高,多边形和板条状大块硅化物逐渐溶解或破碎成小块硅化物,残留的具有典型层片状或团状形貌的共晶组织的含量逐渐减少.1500℃、50 h 1100℃、50 h是Nb-Ti-Si基超高温合金比较合理的热处理工艺.     

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。     

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.     

铌基超高温合金表面包埋Si-Y共渗涂层的显微组织

通过在1050和1150 ℃包埋Si-Y共渗5-20 h的方法在铌基超高温合金上制备抗氧化涂层,对涂层结构、相组成和形成过程进行了分析.结果表明:涂层主体为(Nb,X)Si2(X=Ti,Cr,Hf),向内依次为(Nb,X)5Si3过渡层和富Al扩散区;不同共渗条件下制备的涂层具有相似的结构,涂层生长的动力学曲线符合抛物线规律.能谱的半定量分析表明,渗层中的Y含量随共渗温度的升高增加显著,而随共渗时间的延长增加缓慢.     

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。     

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。     

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.     

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。     

Ti-Nb-Si基超高温合金Si-Cr共渗抗氧化涂层的显微组织

采用在1 250、1 350和1 400 ℃ Si-Cr包埋共渗10 h的方法,在Ti-Nb-Si基超高温合金表面制备了Cr改性硅化物涂层.结果表明:各温度下制备的涂层均具有多层复合结构;随包埋共渗温度的升高,涂层外层和中间层的组成相都发生改变.经1 250 ℃,10 h Si-Cr共渗时涂层外层为(Ti, X)_5Si_3(X代表Nb、Hf和Cr元素),中间层为(Ti, X)_5Si_4,过渡层(Ti, X)_5Si_3很薄;当提高共渗温度至1 350 ℃时,涂层外层中Cr含量明显提高,外层除了(Ti, X)_5Si_3外,还出现含Cr的三元相(Nb_(1.95)Cr_(1.05))Cr_2Si_3,中间层由(Ti, X)_5Si_4和(Ti, X)_5Si_3两相组成,而过渡层((Ti, X)_5Si_3)增厚;继续提高共渗温度至1 400 ℃时,涂层外层主要由(Nb_(1.95)Cr_(1.05))Cr_2Si_3三元相组成,中间层已全部由(Ti, X)_5Si_3相组成,在过渡层与基体间还存在不连续的块状(Nb, Ti)_3Si相,Si-Cr共渗温度对Cr扩散的影响更为显著.     

Nb添加对FeCo基合金高温性能与时效态性能的影响

对Fe-49Co-2V和Fe-49Co-2V-0.3Nb两种合金室温与高温时的磁性能和力学性能进行了测试。结果发现:与室温磁性能相比,两种合金在高温下的饱和磁化强度Bs与矫顽力Hc均降低;与室温力学性能相比,两种合金在500℃时的高温抗拉强度都有所增加,其中Nb元素的添加使合金力学性能强化的效果十分明显。两种合金经500℃时效处理168 h后,Fe-49Co-2V-0.3Nb合金经过高温时效后依然能保证具有良好的力学性能,添加了Nb元素后有助于改善合金的高温时效稳定性。     

Structure and oxidation behavior of Si-Y co-deposition coatings on an Nb silicide based ultrahigh temperature alloy prepared by pack cementation technique

In order to improve the oxidation resistance of silicide coatings on Nb silicide based alloys, Y-modified silicide coatings were prepared by co-depositing Si and Y at 1050, 1150 and 1250 °C for 5-20 h, respectively. It has been found that the coatings prepared by co-depositing Si and Y at 1050 and 1150 °C for 5-20 h as well as at 1250 °C for 5 h were composed of a thick (Nb,X)Si₂ (X represents Ti, Cr and Hf elements) outer layer and a thin (Nb,X)₅Si₃ inner layer, while the coatings prepared by co-depositing Si and Y at 1250 °C for 10-20 h possessed a thin outer layer composed of (Ti,Nb)₅Si₃ and Ti-based solid solution, a thick (Nb,X)Si₂ intermediate layer and a thin (Nb,X)₅Si₃ inner layer. EDS analyses revealed that the content of Y in the (Nb,X)Si₂ layers of all the coatings was about 0.34-0.58 at.% while that in the outer layers of the coatings prepared by co-depositing Si and Y at 1250 °C for 10-20 h was about 1.39-1.88 at.%. The specimens treated by co-depositing Si and Y at 1250 °C for 10 h were selected for oxidation test. The oxidation behavior of the coating specimens at 1250 °C indicated that the Si-Y co-deposition coating had better oxidation resistance than the simple siliconized coating because the oxidation rate constant of the Si-Y co-deposition coating was lower than that of the simple siliconized coating by about 31%. The scale developing on the Si-Y co-deposition coating consisted of a thicker outer layer composed of SiO₂ and TiO₂ and a thinner SiO₂ inner layer.     

时效处理对GH4169合金显微组织及高温拉伸变形行为的影响

研究了在900 ℃超温服役的试验条件下,时效时间对GH4169合金的显微组织形貌、显微硬度和高温拉伸性能的影响。结果表明:随着时效时间的延长,δ相先由晶界呈短棒状析出,然后以长针状覆盖整个晶粒。时效初期晶粒有长大现象,随着δ相沿晶界的不断析出,晶粒长大现象消失。900 ℃时效处理使得GH4169合金强化相发生溶解与转化,致使合金显微硬度从44 HRC急剧降至13.6 HRC,但后续保温时间的延长对显微硬度影响较小。δ相的析出对合金的高温力学性能有显著影响,适量的析出提高了合金的抗拉强度和高温塑性,大量析出则导致合金抗拉强度变低,高温塑性变差;不同时效处理后的合金高温拉伸均为典型的弹性-均匀塑性变形,变形断裂机制皆为微孔聚集型断裂。     

Structure of Al-modified silicide coatings on an Nb-based ultrahigh temperature alloy prepared by pack cementation techniques

In order to prepare Al-modified silicide coatings on an Nb-based ultrahigh temperature alloy, both a two-stage pack cementation technique and a co-deposition pack cementation technique were employed. The two-stage process included siliconizing a specimen at 1150 °C for 4 h followed by aluminizing it at 800-1000 °C for 4 h. The coating prepared by pack siliconization was composed of a thick (Nb,X)Si₂ (X represents Ti, Cr and Hf elements) outer layer and a thin (Nb,X)₅Si₃ transitional layer; after the siliconized specimens were aluminized at or above 860 °C, a (Nb,Ti)₃Si₅Al₂ phase developed at the surface of the coating, and furthermore, when aluminizing was carried out at 860 °C, a new (Nb,Ti)₂Al layer formed in the coating between the (Nb,X)₅Si₃ layer and the substrate, but when aluminizing was performed at 900-1000 °C, the new layer formed was (Nb,Ti)Al₃. The co-deposition process was carried out by co-depositing Si and Al on specimens at 1000-1150 °C for 8 h under different pack compositions, and it was found that the structure of co-deposition coatings was more evidently affected by co-deposition temperature than pack composition. An Al-modified silicide coating with an outer layer composed of (Nb,Ti)₃Si₅Al₂, (Nb,X)Si₂ and (Nb,Ti)Al₃ was obtained by co-depositing Si and Al at 1050 °C.     

时效处理对铸轧7050铝合金组织和性能的影响

采用透射电镜、X射线衍射、硬度测试等实验方法,研究了不同时效处理工艺对铸轧7050铝合金组织和性能的影响。结果表明：随着单级时效温度的升高,合金达到峰值硬度所需的时间缩短,合金的峰值硬度降低,晶内和晶界析出相也随温度的提高发生不同程度的长大;双级时效时,晶内有较多粗大的析出相,晶界析出相已不再连续且已经发生长大,晶界无沉淀带更加明显;回归再时效处理时,晶内析出相与单级时效时相比发生粗化,晶界上为断续的粗大长条状析出物,无偏析带加宽。     

固溶处理及时效对镍钛形状记忆合金组织演化及力学性能的影响

将镍钛形状记忆合金Ni50.9Ti49.1（摩尔分数）在1123 K固溶处理2 h,然后分别在573、723和873 K时效2h。采用透射电镜、高分辨率透射电镜、扫描电镜和压缩实验,系统研究固溶处理和时效对镍钛合金组织演化及力学性能的影响。结果表明：固溶处理有助于消除原始镍钛样品中的Ti2Ni相,但不能消除TiC相。固溶处理导致镍钛合金中原子排列的有序畴界。在所有时效镍钛样品中,Ni4Ti3析出相、R相和B2奥氏体相共存于室温下的镍钛基体上,然而在873 K时效的镍钛样品中,可以观察到马氏体孪晶。在573和723 K时效的镍钛样品中,细小密集的Ni4Ti3相均匀分布在镍钛基体上,而且与B2基体保持共格关系。然而,在873 K时效的镍钛样品中, Ni4Ti3相尺寸非常不均匀,和B2基体保持共格、半共格和非共格关系。在723 K时效的条件下,细小均匀的Ni4Ti3相阻碍位错运动,导致最大的位错滑移临界分切应力,因此镍钛样品表现出最高的屈服强度。     

热处理对含Hf钛铝基合金显微组织的影响

研究了双温热处理工艺对含铪Ti-Al基合金组织的影响规律。差热分析法(DTA)测定结果显示,合金的共析反应温度Te=1110℃,α相转变温度Tα=1330℃。用金相法获得了优化的双温热处理工艺为:1400℃×1 h→50℃水冷,1280℃×3 h→空冷。