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。     

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。     

Nb-Ti-Si-Cr基超高温合金在1250℃下的氧化行为

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了Nb-22Ti-14Si-20Cr-3Al-5Hf-1.5B-0.06Y (at％)超高温合金,在1250℃下分别进行1、5、10、20、50和100 h高温氧化试验.采用XRD、SEM及EDS分析了合金氧化膜及其合金基体的相组成、组织形貌和成分.结果表明:氧化膜分为两层,致密的外层和疏松的中间层,外层组织由Ti0.4Cr0.3Nb0.3O2组成,并含有少量TiNb2O7和SiO2,且随着氧化时间的延长,TiNb2O7含量逐渐减少,Ti0.4Cr0.3Nb0.3O2的含量逐渐增多;氧化膜中间层主要由(Ti,Cr)NbO4、Ti2Nb10O29和Nb2O5组成;氧化后合金基体内Cr2Nb和Nbss元素发生互扩散,界面处出现过渡区.     

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。     

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。     

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。     

CeO2对铌硅基超高温合金硅化物渗层组织及抗氧化性能的影响

采用Si-CeO2包埋共渗工艺于1 150℃在铌硅基超高温合金表面制备Si-Ce共渗层,分析渗剂中CeO2粉含量对共渗层组织、相组成及高温抗氧化性能的影响。结果表明:Si-Ce共渗层的组织、结构与单独渗硅层的相似,由(Nb,X)Si2(X表示Ti、Hf和Cr)外层、(Ti,Nb)5Si4过渡层和富Al扩散层组成。EDS分析结果表明,Ce在共渗层中的分布不均匀,而在由原基体合金中的(Nb,X)5Si3块转变而成的富Hf(Nb,X)Si2相中含量较高。渗剂中添加CeO2不仅起到了细化渗层组织的作用,而且起到了明显的催渗作用,当渗剂中CeO2粉含量为3%(质量分数)时催渗效果更显著。Si-Ce共渗层及单独渗硅层经1 250℃氧化50 h后的氧化膜均主要由TiO2与SiO2组成。但Si-Ce共渗层试样的氧化膜中TiO2棒更细小,并且在SiO2基体中的分布也更均匀,因而能显著改善氧化膜的粘附性与致密性,进而提高Si-Ce共渗层的高温抗氧化性能。     

铌硅基超高温合金Si-Ce共渗层的组织及高温抗氧化性能

采用Si-CeO2包埋共渗的工艺在铌硅基超高温合金表面制备了Si-Ce共渗层,研究了其在1250℃时的恒温氧化性能.采用XRD、SEM及EDS分析了Si-Ce共渗层氧化前后的相组成、组织形貌及微区成分.结果表明:Si-Ce共渗层具有明显分层的结构,由外至内依次为(Nb,X)Si2(X表示Ti,Hf和Cr)外层和(Ti,Nb)5Si4过渡层,且Si-Ce共渗层的生长符合抛物线的动力学规律;1250℃的氧化结果显示,Si-Ce共渗层的氧化动力学曲线遵循抛物线规律,其抛物线速率常数比未制备渗层的基体合金低4个数量级,说明其具有优异的高温抗氧化性能.     

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.     

Effect of Cr on microstructure and oxidation behavior of TiAl-based alloy with high Nb

Three novel multi-microalloying TiAl-based alloys containing high Nb were designed and fabricated Thermogravimetric method was applied to investigate the influence of Cr on the oxidation behavior of high Nb TiAl alloy at 1,073 K for 200 h in laboratory air. The 2 at.% and 4 at.% Cr were added into the alloy,(respectivel named 2 Cr and 4 Cr compared to the Cr-free ternary alloy, 0 Cr alloy). The alloys' microstructure and compositio as well as the composition distribution of the oxidation scale were analyzed by means of Scanning Electro Microscopy(SEM), Energy Dispersive Spectroscopy(EDS), and X-Ray Diffractometry(XRD). The results show that the addition of Cr decreases the grain size of the Nb-TiAl alloy and leads to a transformation from a full lamellar structure to a nearly fully lamellar structure. When oxidized at 1,073 K for 200 h, the oxidized mass gai of the alloy increases with an increase in Cr addition amount in the first 100 h and decreases in the last 100 h With the increase of Cr content, the oxidation surface turns compact but uneven in morphology, which may affec the oxidation resistance of the alloy by increasing the peeling off risk of the oxidation layer at friction conditions.     

Si含量对Fe-Cr-Si系合金组织与耐蚀性能的影响

利用电弧熔炼工艺制备了不同Si含量(6wt%、8wt%、10wt%、12wt%)的Fe-Cr-Si系合金,系统研究了Si含量对Fe-Cr-Si系合金组织和耐腐蚀性能的影响。结果表明,4种不同Si含量的Fe-Cr-Si合金均由初生树枝晶和枝晶间基体组成,Si含量的增加促进了合金中金属硅化物Fe₃Si的形成。Fe-Cr-Si系合金在10%HCl中均表现出良好的耐蚀性能,浸泡72 h后合金表面形成的SiO₂具有钝化作用,且Si含量的增加可以显著提高合金的耐蚀性能,当Si含量达到12%时,耐蚀能力为2Cr13不锈钢的26倍。     

Si对高熵合金涂层组织和高温抗氧化性能的影响

研究了Si含量对窄带/宽带激光熔覆NiCoFeCrSixAlCuTiMoB0.4(x=1.0,0.5)高熵合金涂层组织、相结构及高温抗氧化性能的影响.结果表明:窄带涂层组织为树枝晶,主要相结构为BCC固溶体.宽带涂层为较粗大的树枝晶,相结构由BCC固溶体和存在于枝晶间的B(Fe,Si)3、Cr2 B少量第二相组成,且S...     

稀土La对铁基耐蚀合金抗氧化性能的影响

通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等手段对不同La含量的铁基耐蚀合金850 ℃下的抗氧化性能进行了研究。结果表明,在850 ℃条件下,随着稀土La含量的增加,在一定程度上降低了合金的抗氧化性能,但氧化膜与基体的粘附性却得到了大大提高。La含量增加后,促进了氧的内扩散,使内氧化层呈树枝状深入合金基体,对氧化膜起到钉固作用。氧化膜主要由3个区域组成:外层是Fe₂O₃与CuO混合层,并含有少量CuFe₂O₄;中间层是以NiFe₂O₄为主的保护层,并含有少量的Fe₂O₃、NiO;内层则是以Fe₂O₃为主并含有少量NiO氧化物的内氧化区。     

碳含量对0Cr25Ni35AlTi合金组织、力学性能和耐晶间腐蚀性能的影响

研究了不同碳含量对0Cr25Ni35Al Ti合金显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响,用电化学再活化法测定0Cr25Ni35Al Ti合金的晶间腐蚀敏感性。结果表明,在合金不完全固溶状态下,随着碳含量增加,0Cr25Ni35Al Ti合金的晶间析出物增加;主要析出物是M23C6富铬碳化物;M23C6析出物的质量分数从0.186%增加到0.499%;室温抗拉强度从686.5 MPa增加到714 MPa。随着碳含量的增加,0Cr25Ni35Al Ti合金的平均晶粒尺寸减小,M23C6析出量增加,合金的力学性能提高,但合金的耐晶间腐蚀性能下降,当合金中C含量控制在0.025%以下,具有良好的耐晶间腐蚀性能,且其强度仍能保持在300 MPa以上,满足合金的应用性能指标。     

Effect of Cr on oxidation of Ni-xAl alloy

The oxidation of the Ni-10Cr-xAl（x=7%, 10%, molar fraction） alloys was studied at 1 100℃ under 0.1 MPa 02 and compared with that of the binary Ni-7Al and Ni-10Al alloys. The results show that the binary alloys form NiO external scales associated with an internal oxidation of Al. On the contrary, the ternary Ni-10Cr-7Al and Ni-10Cr-10Al form external alumina scale in contact with the alloy substrate. An addition of 10%Cr（molar fraction） into Ni-7Al and Ni-10A1 inhibits the internal oxidation of aluminum and considerably reduces the critical content of A1 needed to form exclusive alumina scales with respect to binary Ni-Al alloy, providing an example of third-element effect.     

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。     

复合添加Cr、Mn、Ti对7136铝合金组织及力学性能的影响

采用井式坩埚炉熔炼铸造了3种铝合金,通过金相分析、硬度测试、力学拉伸、断口扫描研究了过渡族元素对7136铝合金组织和性能的影响。结果表明,过渡族元素能够细化铸态组织,复合添加Cr、Mn、Ti后晶粒细化效果明显,能够抑制铝合金板材再结晶,提高抗拉强度,使伸长率提高15%,改变了断裂方式,提高了综合力学性能。     

Effects of alloy microstructure on the high temperature oxidation of an Fe-10% Cr alloy

The oxidation resistance of an Fe10%Cr alloy at 600°C in air increased with increasing amounts of cold work in the alloy. Breakaway oxidation could be prevented for at least 2000 h at 600°C by severe cold rolling or by pretreatment to produce 3–7 m diameter grains. These treatments increased the mass of Cr passing into the oxide and also reduced the mechanical stress. The improvement in oxidation resistance could not have been due entirely to the increased oxidation of Cr. It is suggested that the microstructure produced by pretreatment strengthened the alloy so that it resisted the deformation normally produced by growth stresses. This allowed time for diffusion of Cr into the outer layer of the oxide, leading to a permanent reduction of stress.Shot blasting and mechanical abrasion also significantly improved oxidation resistance at 600°C but very little improvement could be achieved at 800°C using the treatments discussed in this paper.     

Mn含量对梯度多孔Mg-Mn合金微弧氧化膜组织与性能的影响

研究了Mn含量对梯度多孔Mg-Mn合金微弧氧化过程中电压-时间曲线、微弧氧化膜层显微组织、膜层厚度、物相组成以及耐腐蚀性能的影响。结果表明,随Mn元素含量的增加,微弧氧化电压-时间曲线中的起始电压U1、击穿电压U2和稳定电压U3均下降,但是当Mn含量超过2%后,U1、U2、U3均上升,随着Mn元素含量的增加,微弧氧化膜层厚度先降低而后增加。当Mn含量为2%时,梯度多孔Mg-Mn合金表面形成的氧化膜质量最好,孔隙细小、分布均匀,膜层厚度为39.6μm。结合XRD和EDS分析表明,微弧氧化处理后试样表面膜层由Mg2Si O4和Mg O两相组成。随着在模拟体液中浸泡时间的延长,添加2%Mn元素的梯度多孔Mg-Mn合金的质量损失最少,析氢量最低,耐腐蚀性最佳。