NiAl基共晶合金的Au、Nb微合金化和快速凝固工艺研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 淮凯文 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-06-12 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 杨 锐 |
| 关键词 | NiAl-Cr(Mo)共晶合金 微合金化 吸铸工艺 粉末冶金 热等静压 室温塑性 高温强度 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 金属间化合物NiAl由于具有密度低、导热性好、良好的抗高温氧化能力和较好的高温稳定性等优点，成为当前令人瞩目的新一代高温结构材料，但其严重的室温脆性和相对低的高温强度阻碍了NiAl及其合金的实际应用。用定向凝固工艺制备出的NiAl-28Cr-6Mo合金的室温断裂韧性达到24.1MPa ，而且具有较好的高温性能，此合金已成为有希望实用化的合金之一，但其高温强度仍未达到镍基高温合金水平。适量Hf的加入虽然可以进一步提高该合金的高温强度，然而存在于NiAl/Cr(Mo)相界和共晶胞界的Ni2AlHf相却明显的弱化了该合金的室温断裂韧性和压缩塑性。从期望取得平衡的高温强度和室温力学性能角度出发，本文研究了微量Au、Nb对NiAl、NiAl-28Cr-6Mo共晶合金微观组织和力学性能的影响以及其合金化机理；采用负压吸铸、粉末冶金等新工艺制备和研究了不同制备方法对NiAl基共晶合金微观组织和力学性能的影响，并分析了微观组织与力学性能之间的联系；此外，对两种新工艺制备的合金进行了热等静压处理，研究了其对微观组织和力学行为的影响以及作用机制。 贵金属Au元素具有充满的d带电子，当用它进行合金化时，会发生明显的电子重分布。在所有的元素中，Au元素具有最高的电负性（2.54），因此，期望添加Au能够影响NiAl合金的电子分布，相应的影响它的机械行为。研究表明：Au细化了NiAl合金的微观组织，并在NiAl-0.5Au和NiAl-1Au合金中形成了白色的α AlAu2相，经SEM/EDS分析出Au在NiAl合金中的固溶度约为0.3at.%。室温下Au元素具有中等的固溶强化能力，能明显改善合金的室温压缩塑性，Au使NiAl合金压缩端口由沿晶断裂变为穿晶解理；高温下，Au元素具有很强的固溶强化能力，少于0.5at.% Au使合金在1000℃时的高温强度提高了100％；在所有NiAl-Au合金中，NiAl-0.5Au具有最优的室温压缩塑性和高温屈服强度。此外，探讨了Cu, Ag和Au在NiAl中的不同合金化行为，其不同的合金化行为可以总结为：它们的不同原子半径决定了不同的固溶度，而电负性决定了是否能够形成中间相化合物。 添加少量Au细化了NiAl-28Cr-6Mo共晶合金的层片间距和共晶胞尺寸，同时碎化了合金共晶胞内的Cr(Mo)层片；Au元素主要固溶于NiAl基体中，在Cr（Mo）相中没有探测到Au元素的存在；过量Au（大于1at.%）使合金严重偏离共晶点，且形成了a AlAu2相，降低了合金的高温强度；Au能够提高NiAl-Cr(Mo)合金的室温强度，对室温塑性没有明显影响，而其高温强度随着Au含量的增加而降低。 添加了Nb的NiAl–Cr(Mo)合金中出现了半连续分布在共晶胞界的白色相，此白色相的成分比较复杂，可以近似的描述为Nb(Cr1-x-y NixAly)2；通过EDS、XRD和TEM确定了此白色相为Cr2Nb类型的Laves相，晶体结构呈现C14结构，为高温下稳定相，此Laves相存在于低温的主要原因可能是它的成分不适合稳定低温的C15结构和它的e/a偏离了原始值。在所有含Nb的合金中，NiAl–28Cr–5Mo–1Nb合金拥有平衡的高温强度和室温压缩塑性，其力学性能优于其他合金，Nb通过固溶强化和第二相强化提高了NiAl–28Cr– 5Mo–1Nb合金的高温强度和激活能；含有过量Nb（2at.% Nb）弱化了合金的高温强度，其原因可以归结为减少的位错网格数量和增加的NiAl初生相。 利用吸铸工艺（准快速凝固）制备了含Hf的NiAl-Cr(Mo)合金，研究了快速凝固工艺对共晶合金微观组织和力学性能的影响，并通过热等静压对该合金力学性能进行了优化，讨论了微观组织的细化机制及其与力学性能之间的联系。结果表明：相对于普通铸态合金，吸铸工艺制备的合金具有细化的共晶层片间距、共晶胞尺寸和共晶胞界区域，而且层片的细化比共晶胞的细化更显著；快速凝固使NiAl－Cr(Mo)合金的伪共晶区向高熔点Cr(Mo)相方向移动，导致析出了更多的先共晶NiAl 相，但由于共晶胞界的细化，NiAl/Cr(Mo)共晶胞体积分数明显增加；快速凝固能使NiAl－Cr(Mo)/Hf合金各组成相发生明显的合金元素固溶扩展。细化的微观组织、扩展的固溶度和增加的共晶体积分数是吸铸态NiAl-Cr(Mo)/Hf合金室温力学性能提高的主要原因。而合金的高温强度与传统铸态合金相似，主要是由于形成了大量的共晶胞界。B和Dy通过强化共晶胞界明显的提高了吸铸态合金NiAl-Cr(Mo)的高温强度。吸铸态NiAl-Cr(Mo)/Hf合金经过热等静压处理后，微观组织的变化主要有：分布在共晶胞界的Heusler相变为在合金中弥散分布的富Hf相，NiAl中有更多的Cr（Mo）相颗粒析出和NiAl相中存在大量的可动位错，这些优化的微观组织进一步改善了合金的室温塑性和高温强度。 通过热压雾化的NiAl共晶预合金粉末制备了少量含Nb的NiAl-28Cr-6Mo合金，并通过热等静压进行后续处理，研究了粉末冶金方法和热等静压对该合金微观组织和力学性能的影响。结果表明：热压态合金的微观结构与原始粉末不同，主要是因为在热压过程中共晶胞内的NiAl和Cr(Mo)层片碎化成杆状，或形成网格状形貌；经过热等静压处理后，合金的气孔减少，胞内层片进一步碎化，网格状形貌消失。粉末合金的断裂韧性，压缩强度和瞬态拉伸强度较高，而高温拉伸塑性较低。热等静压处理提高了合金的抗拉强度和高温拉伸塑性, 但没有改善合金的室温断裂韧性。粉末合金的室温拉伸塑性仍然为零，但合金的室温压缩塑性得到了极大的改善，这些归功于合金细小的层片间距和共晶胞界区域。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 125 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16846]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 淮凯文. NiAl基共晶合金的Au、Nb微合金化和快速凝固工艺研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。