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).     

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.     

机械合金化-热压制备Nb/NbCr2复合材料的组织与性能

采用机械合金化与热压工艺制备以Nb固溶体为软第二相的Laves相Nb/NbCr2复合材料。研究不同成分的Nb、Cr元素粉经20 h球磨后在1 250℃,0.5 h热压工艺下所获得的Nb/NbCr2复合材料的组织和性能。结果表明：随着偏离Laves相化学配比的Nb含量的增大,材料的致密度、抗压强度、塑性应变均增加,而维氏硬度减小。Laves相含量为29%的Cr-77.5Nb合金的组织均匀,Nb固溶体与Laves相间隔分布,晶粒尺寸达到亚微米级,屈服强度为2 790 MPa,抗压强度为3 174 MPa,塑性应变达到5.44%,充分实现了细晶和软第二相综合增韧的效果。     

MA和软第二相对Cr/Cr2Nb复合材料组织与性能的影响

采用机械合金化(MA) 热压工艺来制备以Cr固溶体为软第二相的Cr/Cr2Nb复合材料.研究了不同配比成分的Cr,Nb元素粉经20 h球磨后,在1250 ℃,0.5 h热压工艺下所获得的Cr/Cr2Nb复合材料的组织和性能.结果表明,随着偏离Laves相化学配比的Nb含量减小,合金的致密度、强度、塑性应变均增加,而维氏硬度减小,不同配比成分的合金均具有良好的室温断裂韧性.Laves相Cr2Nb含量高达78%的Cr-25Nb合金的组织均匀,Cr固溶体与Laves相间隔分布,晶粒尺寸达到微/纳米级,屈服强度和抗压强度分别高达1949 MPa和2044 MPa,塑性应变达到了7.26%.与熔铸工艺制备的Cr/Cr2Nb复合材料相比,合金的强度及塑性都有明显提高,充分实现了细晶和软第二相综合增韧的效果.     

合金元素在ZrCr2 Laves相中的晶格占位及其对力学性能的影响

应用Rietveld模拟计算和实验X射线衍射分析合金元素V、Nb和Mo在ZrCr2 Laves相金属间化合物中的晶格占位，研究合金化对ZrCr2 Laves相力学性能的影响。研究结果表明：合金元素V和Mo占据ZrCr2 Laves相金属间化合物中Cr原子的晶格位置，而Nb则占据Zr原子的晶格；添加合金元素V、Nb和Mo使ZrCr2 Laves相化合物硬度及脆性度降低，断裂韧度显著提高，即合金化对ZrCr2 Laves相起软化作用。初步探讨合金元素对ZrCr2 Laves相力学性能的影响机制。     

球磨时间对软第二相韧化Cr2Nb基复合材料组织与性能的影响

采用机械合金化 热压工艺制备了含Laves相的Cr2Nb基复合材料,研究了Cr、Nb元素粉经不同球磨时间后在1250℃× 30 min热压工艺下所获得Cr/Cr2Nb复合材料的组织和性能.结果表明,经20 h以上高能球磨的Cr-25Nb粉末在热压后可以制备出含高致密度的Laves相的Cr2Nb基复合材料.高能球磨40 h的Cr-25Nb试样的组织均匀细小,Laves相与软第二相间隔分布.其致密度高达99.2%.接近全致密.维氏硬度为8.93 GPa,抗压强度、屈服强度和塑性应变分别达到2153 MPa、2062 MPa和8.42%.与传统熔铸工艺相比,MA 热压方法制备的Laves相Cr2Nb基复合材料的强度及塑性都有显著提高,充分实现了细晶和软第二相综合增韧的效果.     

相组成对Cr-Nb合金高温氧化行为的影响

采用机械活金化 热压烧结法制备5种不同相组成的Cr-Nb合金,研究相组成对Cr-Nb合金在950～1200℃空气中氧化行为的影响。结果表明,Cr相能显著增加NbCr2合金950℃的抗氧化性能;而Nb相不利于合金高温抗氧化性的提高,甚至发生灾难性氧化。SEM和XRD分析显示,单相Cr-2.5Nb合金发生了Cr的外氧化,只形成单一的Cr2O3膜;而双相Cr-18.5Nb合金和单相Laves相NbCr2合金均发生Cr的外氧化和内氧化,形成两层结构的氧化膜。但随着氧化温度增加到1200℃,由于Cr2O3的挥发,导致Cr-Nb合金高温抗氧化性变差。因此,为满足实际高温应用要求,对富软第二相Cr或Nb的NbCr2基合金实施相应的表面防护是必须的。     

合金元素Mo对Laves相强化Cr-10Ta合金组织与性能的影响

通过机械合金化+热压烧结工艺制备了Cr-10Ta和Cr-10Ta-20Mo合金,研究了添加20%Mo对Laves相Cr-Ta合金组织及室温力学性能的影响。结果表明,Cr、Ta和Mo元素粉经球磨25 h后在1350℃×1 h热压工艺下可获得组织细小均匀的高致密度Cr-10Ta和Cr-10Ta-20Mo合金。Cr-10Ta中生成的Laves相Cr_2Ta是室温下稳定的C15结构,而添加20%Mo会使合金中生成的Laves相Cr_2Ta发生相转变,形成亚稳态的C14型Laves相。所制备的Cr-10Ta-20Mo合金表现出良好的细晶和合金化强韧化效果,室温下的硬度为6.89 GPa,断裂韧性大于7.91 MPa·m1/2,屈服强度和抗压强度分别达2635、3364 MPa,压缩应变为6.7%。     

合金元素Mo对Laves相TaCr_2合金显微组织及断裂韧性的影响北大核心CSCD

采用机械合金化+热压烧结的工艺路线制备Laves相TaCr_2合金,研究合金元素Mo对其显微组织、力学性能,特别是韧化效果的影响。结果表明:当Mo含量由0增加到5%(摩尔分数)时,Mo取代Laves相TaCr_2中Cr的位置为主。当Mo含量增加到7.6%和10%时,Mo取代Ta的位置更占优势。添加合金元素Mo的Laves相TaCr_2合金较未合金化的TaCr_2硬度略有降低;当Mo添加量≤7.6%,合金的断裂韧性微弱下降,当Mo含量达到10%时,合金断裂韧性要高于Mo添加量小于7.6%时的TaCr_2合金,达到4.26 MPa·m1/2。     

过渡金属元素在NbCr2 Laves相中晶格占位的第一性原理计算

采用全势线性缀加平面波方法和广义梯度近似对过渡金属元素V,Ti和W在C15结构的NbCr2 Laves相中的晶格占位进行了研究．计算结果表明,过渡族元素V,Ti和W在NbCr2中的晶格占位不尽相同．V优先占据NbCr2中Cr的晶格位置,W占据Cr的晶格位置的倾向很弱,而Ti优先占据Nb的晶格位置;生成热计算结果表明,当V占据NbCr2中Cr的晶格位置和Ti占据Nb的晶格位置时,可以使NbCr2Laves相更加稳定．结合电子结构计算结果对上述占位特性进行了讨论．     

Effect of ball milling time on microstructure and properties of Laves phase NbCr2 alloys synthesized by hot pressing

Laves phase NbCr2 alloys with a composition of Nb-66.7Cr (molar fraction, %) were prepared by mechanical alloying and hot pressing. The microstructures and properties of the Laves phase NbCr2 alloys, prepared from elemental niobium and chromium powders under various ball milling time by hot pressing at 1 250 ℃ for 0.5 h, were investigated. The results indicate that if the ball milling time is longer than 40 h, the synthesizing reaction of Laves phase NbCr2 can be accomplished much sufficiently. Then the nearly full-dense Laves phase NbCr2 alloys can be prepared by hot pressing from ball milled powders with more than 40 h. The hot pressing sample with homogeneous and fine microstructure made from 40 h ball milled powders has the optimum microstructure and properties. It has a relative density of 98.1%, Vickers hardness of 11.4 GPa, compress strength of 1 981 MPa and fracture toughness of 4.82 MPa·m1/2. The effect of fine grain toughening is fully realized.     

Nd2O3对NbCr2/Nb合金组织及性能的影响

采用机械合金化+热压制备了不同Nd2O3摩尔分数的NbCr2/Nb两相合金,研究了Nd2O3含量对合金组织及性能的影响。结果表明,Nd2O3的添加对合金的物相影响不明显;适量Nd2O3可有效改善合金的室温塑性、韧性,并提高其室温压缩强度,但当Nd2O3含量超过0.125%时,合金的室温性能下降,Nd2O3含量为0.125%的合金室温压缩强度和塑性分别为3 193 MPa和13.0%,相较于未添加Nd2O3的NbCr22.5合金提高了15.9%和137.2%。     

低温退火温度对Laves相Cr2Nb固相热反应合成的影响

研究了退火时间为3h时，退火温度对Cr-Nb机械合金化（MA）粉的Laves相Cr2Nb固相热反应合成的影响规律，获得了30hMA粉在退火时间为3h时能使Laves相Cr2Nb固相热反应合成充分进行的最低退火温度。优化出的cr2Nb固相热反应合成低温退火温度，可为通过MA＋热压（或烧结）工艺路线制备具有微／纳米晶结构的高强高韧Cr2Nb合金或Cr2Nb基复合材料提供理论指导。     

机械合金化+热压制备Cr-NbCr2复合材料及其组织性能研究

采用机械合金化(MA) 热压工艺路线来制备Cr-NbCr2复合材料。研究了Cr-NbCr2复合材料的组织和性能。结果表明,MA 热压获得的Cr-NbCr2复合材料组织均匀,晶粒尺寸达到微/纳米级,致密度达到98.3%,抗压强度为2044MPa,塑性应变为7.26%,比熔铸法制备的Cr-NbCr2复合材料及单一Laves相(NbCr2)的塑性都有很大提高,充分体现了MA 热压复合工艺对第二相增韧的效果。     

Al、Si及Y多元合金化对Cr-20Nb合金高温氧化行为的影响

针对软第二相Cr稍微降低Laves相NbCr2合金的1200℃抗氧化性,采用Al、Si及Y多元合金化来提高Cr-20Nb合金的高温抗氧化性能。结果表明,多元合金化的Cr-20Nb合金1100℃及1200℃抗氧化性均好于加入单一合金化的及纯Cr-20Nb合金,并随着Si合金元素含量增加,Cr-20Nb合金的氧化增重变小,抗氧化性变好;SEM结果表明,添加合金元素后,氧化膜与基体的粘附性得到了明显提高。     

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.     

Microstructure and properties of novel quinary multi-principal element alloys with refractory elements

Five equiatomic alloys(Ti Zr Hf VNb, Ti Zr Hf VTa, Ti Zr Nb Mo V, Ti Zr Hf Mo V and Zr Nb Mo Hf V) composed of five elements with high melting temperature, respectively were prepared by arc-melting to develop a novel high temperature alloy. The five alloys exhibit different dendritic and interdendritic morphologies. The Ti Zr Hf VNb, Ti Zr Hf VTa and Ti Zr Nb Mo V alloys formed disordered solid solution phases with body-centered cubic structure, and exhibited high compressive strength and good plasticity. The Ti Zr Hf Mo V and Zr Nb Mo Hf V alloys are composed with Laves phase(Hf Mo2) and disordered solid solution phases with body-centered cubic structure. The Ti Zr Hf Mo V and Zr Nb Mo Hf V alloys are harder and more brittle than the other three alloys due to the existence of hard and brittle Laves phases. At high temperatures, the strength decreases to below 300 MPa for the Ti Zr Hf VNb and Ti Zr Hf Mo V alloys. Solution strengthening is the primary strengthening mechanism of the Ti Zr Hf VNb, Ti Zr Hf VTa and Ti Zr Nb Mo V alloys, and brittle Laves phase is the main cause for the low ductility of the Ti Zr Hf Mo V and Zr Nb Mo Hf V alloys.     

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.