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.     

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。     

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.     

热处理对定向凝固Nb-Ti-Si基合金组织及力学性能的影响

在熔体温度为2323 K,抽拉速率为100 μm/s的条件下对Nb-Ti-Si基超高温合金进行了有坩埚整体定向凝固 (DS),然后对定向凝固试样进行了两种不同工艺的热处理：即1723 K/50 h高温均匀化处理 (HT1) 和1623 K/50 h 1723 K/50 h 1373 K/50 h复合热处理 (HT2)。采用XRD,SEM和EDS等分析手段研究热处理对定向凝固合金微观组织及其力学性能的影响。结果表明,热处理后合金中大尺寸初生硅化物的体积分数下降,两种方式的热处理均能有效减轻甚至消除合金中的成分偏析。热处理后原DS试样中Nbss (Nb,X)5Si3共晶胞的边界完全消失。相比HT1处理,HT2处理后试样中硅化物的分布更加均匀。与DS试样相比,经HT2处理后试样的室温断裂韧性值增加了12.3% (约19.2 MPa?m1/2),且其拉伸强度增加了26.6% (最大值达到933.2MPa)。力学性能的改善主要归因于热处理后组织中 (Nb,X)5Si3颗粒弥散分布以及韧性Nbss相的形状、尺寸及含量均发生变化。     

合金化和热处理对难熔金属硅化物基合金组织和性能影响的研究现状

综述了合金化和热处理对硅化物基合金组织和性能的影响。在铌硅化物基合金中添加Mo，W或Al后，电弧熔炼态组织中的硅化物相为βNb5Si3；添加Cr或者V后，硅化物相为αNb5Si3：加入Ti后，硅化物相是Nb3Si。添加Ti，Hf和B可提高铌硅化物基合金的室温断裂韧性，添加W或Mo后合金的高温强度显著提高，而添加Cr，Al和Ti明显改善其高温抗氧化性能。在MoSi2中加入W，Nb和Ge等合金化元素后分别形成（Mo，W）Si2，（Mo，Nb）Si2或Mo（Si，Ge）2等硅化物，但在钼硅化物基合金中添加B后生成α—Mo，Mo3Si和T2相（MoSiB2），并且T2相所占的体积百分比与B的含量成正比。α-Mo相的含量对合金的断裂韧性和抗氧化性有重要影响。Nb或Mo的硅化物基合金的热处理温度都比较高，经过再结晶退火后合金中的组成相及其所占的体积百分比均发生变化，并且组织粗化，但分布更加均匀，从而对力学性能有显著的影响。     

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%。     

Nb-Si-Cr基超高温合金组织的研究进展

Nb-Si-Cr基超高温合金作为一种新型的超高温结构材料,具有良好的高温强度、适中的室温断裂韧性以及良好的高温抗氧化性,而成为近年来研究的热点。阐述了合金化元素对Nb-Si-Cr基超高温合金对其组织、晶型结构和凝固路径的影响,并对Nb-Si-Cr基超高温合金的发展趋势进行了分析。     

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。     

相平衡分析在Nb-Si基高温合金制备中应用

在相平衡热力学计算的基础上,利用Scheil-Guilliver模型,计算了Nb-Si-Mo三元体系中不同成分合金的凝固途径.同时,根据Nb-Si-M(M=Ti、Mo、W、Al、Cr、B、Hf)三元系富Nb-M边的液相面投影图及相平衡关系,分析了各合金元素对Nb3Si相的稳定能力,以及对Nbss+Nb5Si3双相区的影响.计算结果与对应合金的显微组织分析相一致,表明相平衡分析有利于设计合金成分、模拟凝固过程、控制合金组织,对于Nb-Si基高温合金的设计与制备具有重要的指导意义.     

热处理对定向凝固Nb-Ti-Si基合金组织及力学性能的影响（英文）

在熔体温度为2323 K,抽拉速率为100μm/s的条件下对Nb-Ti-Si基超高温合金进行了有坩埚整体定向凝固(DS),然后对定向凝固试样进行了2种不同工艺的热处理:即1723 K/50 h高温均匀化处理(HT1)和1623 K/50 h+1723 K/50 h+1373 K/50 h复合热处理(HT2)。采用XRD,SEM和EDS等分析手段研究热处理对定向凝固合金微观组织及其力学性能的影响。结果表明,热处理后合金中大尺寸初生硅化物的体积分数下降,2种方式的热处理均能有效减轻甚至消除合金中的成分偏析。热处理后原DS试样中Nbss+(Nb,X)_5Si_3共晶胞的边界完全消失。相比HT1处理,HT2处理后试样中硅化物的分布更加均匀。与DS试样相比,经HT2处理后试样的室温断裂韧性值增加了12.3%(约19.2 MPa·m~(1/2)),且其抗拉伸强度增加了26.6%(最大值达到933.2 MPa)。力学性能的改善主要归因于热处理后组织中(Nb,X)_5Si_3颗粒弥散分布以及韧性Nbss相的形状、尺寸及含量均发生变化。