我国典型金属间化合物基高温结构材料的研究进展与应用

金属间化合物是由2种或2种以上金属元素或金属元素与类金属元素按照一定原子比组成的化合物。共价键、金属键共存的特点使得金属间化合物在较长范围内存在长程有序的超晶格结构。在高温下,金属间化合物的位错迁移率相对降低,从而具有较高的高温强度。典型的结构金属间化合物如Ti-Al、Ni-Al、Nb-Si有着优异的高温强度和较低的密度,非常适合应用于航空航天器的高温结构件中。但此类材料也存在室温断裂韧性较低、高温抗氧化性能差等问题,使其在应用上受到限制,也成为该领域研究的难点与重点。本文着重介绍近年来我国Ti-Al、Ni-Al、Nb-Si系结构金属间化合物基合金在高温强化、增韧、抗氧化、制备技术等方面的研究进展与应用现状。     

Nb−Si基超高温合金在900℃下的氧化和热腐蚀行为

对Nb?Si基超高温合金在900℃ 下的氧化和热腐蚀行为进行研究.结果表明:合金的氧化和热腐蚀动力学均由初始的抛物线增长阶段和随后的线性快速增长阶段组成.在氧化的初始阶段(1～50 h),合金表面形成较薄且连续的氧化膜,而在随后的线性阶段,合金表面发生严重的"粉化"现象.合金经热腐蚀后,其线性增长阶段发生得更早,同时在...     

重轨矫直速度对矫后残余应力的影响分析

针对矫直速度对重轨矫后残余应力的影响进行研究,利用Pro/E建立60kg·m-1重轨九辊水平矫直模型,采用ANSYS Workbench对重轨矫直过程进行有限元数值模拟,通过现场矫直规程对采用现场矫直速度以及假定矫直速度得到的重轨矫后残余应力进行分析比较,得出了在其余条件不变的情况下重轨的矫直速度在1.4~1.6m·s-1的范围内其轨底矫后纵向残余拉应力小于250MPa,且残余应力分布合理,满足矫直要求,相比于现场采用的1.2m·s-1的矫直速度其生产效率最大能够提高16.7%~33.3%。     

铌基超高温合金表面Si-Al包埋共渗抗氧化涂层的组织形成

通过1000～1150℃Si-Al包埋共渗8h的方法在铌基超高温合金表面制备Al改性硅化物抗氧化涂层,结果表明：实验温度下制备的涂层均具有多层复合结构;不同温度下共渗涂层外层的相组成不同,但最内层均由（Nb,Ti）Al3和（Cr,Al）2（Nb,Ti）组成。1050℃、8hSi-Al共渗在合金表面形成了Al改性的硅化物涂层,其最外层主要为Nb3Si5Al2,依次往内为（Nb,X）（Si,Al）2（X代表Ti,Cr和Hf元素）层、（Nb,X）5Si3层以及最内层;而在1000℃、8h条件下Si-Al共渗形成的涂层以（Nb,Ti）Al3为主,其中含有少量的（Nb,X）5Si3,没有形成以硅化物为主的涂层;在1100℃、8h和1150℃、8h条件下Si-Al共渗形成的涂层外层以（Nb,X）（Si,Al）2为主,但其中Al含量（摩尔分数）仅为2.35%,没有形成Nb-Si-Al三元化合物层。     

单晶高温合金中γ′筏形组织的形成及转动

研究了ＮＡＳＡＩＲ１００单晶在高温持久变形中γ′筏形组织的形成及其在缩颈区内的转动，发现γ′沉淀在持久变形初期即沿着垂直于拉伸应力轴的方向相互连结，变形大约５０ｈ后形成了完善的γ′筏形组织，对拉断试样的纵截面进行了扫描电镜观察，发现缩颈区内的γ′筏形组织不再垂直于应力轴，而是绕着应力轴转动，初步提出了γ′筏形组织的形成及转动机理。     

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.     

Ti-Nb-Si基高温合金表面包埋Si-Cr共渗涂层的组织

采用Si-Cr包埋共渗法在Ti-Nb-Si基高温合金表面制备了Cr改性的硅化物涂层,共渗温度为1250和1300℃,时间为10h。利用SEM,EDS和XRD等检测手段分析了涂层的结构、元素分布及相组成等,并对涂层的形成机理进行了讨论。结果表明:Si-Cr共渗温度为1250℃时,降低渗剂中的催化剂NaF含量会降低Si和Cr的反应扩散速度并且改变了涂层的结构和相组成。催化剂NaF含量为8wt%,涂层外层由(Nb,Ti)Si2及少量(Ti,X)5Si3(X代表Nb,Cr和Hf等元素)组成,中间层由(Ti,X)5Si4组成,过渡层由(Nb,Ti)5Si3组成;降低NaF含量至5wt%,Si-Cr共渗温度仍为1250℃时,涂层外层由(Ti,X)5Si3组成,且有较多孔洞出现,中间层为(Ti,X)5Si4,而过渡层很薄。与渗Si涂层相比,Si-Cr共渗涂层中的裂纹明显减少,但在涂层外层存在较多孔洞且涂层厚度明显减小。提高包埋共渗温度至1300℃时,Cr的反应扩散速度得到提高,且在涂层外层出现了(Nb1.95Cr1.05)Cr2Si3三元相。     

750kV线路铁塔组立与新型钢铝混合抱杆实施

本文介绍了750kV线路铁塔的塔型及主要施工难点，通过对750kV立塔方案的实施、验证，确定750kV铁塔施工研制的钢铝混合抱杆的施工方案是可行的、安全的，并收到较好地经济效益。     

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.     

高温热处理对Nb-Ti-Cr-Si基超高温合金显微组织的影响

为了研究高温均匀化及时效热处理对Nb-Ti-Cr-Si基超高温合金显微组织的影响,对样品进行均匀化处理,于1200-1500°C保温24h,随后于1000°C保温24h进行时效。结果表明,热处理后的组织主要由Nbss、（Nb,X）5Si3和Cr2Nb组成。随着均匀化处理温度的升高,电弧熔炼态的树枝状Nbss转变为等轴状,原先花瓣状的Nbss/（Nb,X）5Si3共晶组织消失,转变为分布于Nbss基体上的小块状（Nb,X）5Si3组织。Cr2Nb的形貌随均匀化处理温度的升高而发生明显变化。当均匀化处理温度达到1300°C以上,原先粗大的Cr2Nb发生溶解,在随后的冷却过程中在Nbss基体上沉淀析出细小、密集的针状Cr2Nb。经高温均匀化和时效复合处理后,Nbss基体上析出更为细小、密集的沉淀相Cr2Nb,使得Nbss、（Nb,X）5Si3和Cr2Nb相中Ti、Hf和Al元素的含量差别缩小。