本文關鍵詞：合金元素Mo、Ti、Fe對Laves相強化Cr-10Ta合金組織與性能的影響

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【摘要】：Laves相TaCr_2金屬間化合物憑借其良好的高溫力學性能有望作為航空發(fā)動機新型高溫結構材料應用候選材料之一,但因為具有嚴重的室溫脆性阻礙了其實用化進程。在Ta-Cr系合金中,以軟第二相Cr固溶體為基體、Laves相TaCr_2為增強相并添加合適的合金元素有望改善合金室溫脆性,獲得綜合力學性能優(yōu)異的新型高溫合金。本文以Laves相TaCr_2強化Cr-10Ta合金作為研究對象,通過機械合金化(MA)+熱壓(HP)粉末冶金技術制備添加合金元素Mo、Ti、Fe的Cr-10Ta合金,通過OM、XRD、SEM、EDS等測試手段較系統(tǒng)地研究了這些合金元素對Cr-10Ta合金組織與性能的影響。研究結果表明,Cr-10Ta、Cr-10Ta-5Mo、Cr-10Ta-10Mo、Cr-10Ta-15Mo和Cr-10Ta-20Mo(原子百分比)等五種成分的Cr、Ta和Mo混合粉末經過25h的機械合金化后,粉末的平均晶粒尺寸均達到納米級,約在21.3~93.5nm之間。Cr-10Ta和Cr-10Ta-5Mo合金中的增強相Laves相TaCr_2是在室溫下穩(wěn)定的C15結構,而添加15%和20%Mo會使合金中固相合成的的Laves相發(fā)生相轉變,形成亞穩(wěn)態(tài)的C14型Laves相TaCr_2。Mo在合金中形成三元Laves相(Ta,Mo)Cr_2,固溶于Laves相的Mo主要占據(jù)Ta的晶格位置。Mo的較佳添加量為20%,Cr-10Ta-20Mo合金的致密度達到94.6%,接近全致密;維氏硬度為6.89GPa,斷裂韌性大于7.91MPa√m,屈服強度和抗壓強度高達2635MPa和3364MPa,且壓縮應變還達到6.7%,添加Mo取得良好的合金化增韌效果。Cr-10Ta-10Ti、Cr-10Ta-20Ti、Cr-10Ta-30Ti和Cr-10Ta-35Ti等四種成分的Cr、Ta和Ti混合粉末經過25h的機械合金化后,粉末的平均晶粒尺寸也達到納米級,約在33.2~90.7nm之間。添加合金元素Ti的這四種三元合金中的Laves相TaCr_2均是穩(wěn)定的C15結構,Ti不會使合金中合成的Laves相發(fā)生相轉變。Ti在合金中形成三元Laves相(Ta,Ti)Cr_2,固溶于Laves相中的Ti主要占據(jù)Ta的晶格位置。隨著Ti含量由10%到35%逐漸增加,合金的維氏硬度不斷提高,當Ti含量增加到35%時,合金的維氏硬度達到最大值10.3GPa,致密度均達到94.2%以上。但斷裂韌性和抗壓強度均隨著Ti含量的增加而大幅度下降,且均沒有呈現(xiàn)出室溫壓縮應變量。Cr-10Ta合金的斷口形貌為沿晶的韌性斷裂,局部出現(xiàn)少量細小韌窩,而添加Ti元素的Cr-10Ta-35Ti合金的斷口形貌則表現(xiàn)為穿晶的脆性斷裂,存在大量塊狀的解理平臺以及許多直徑約為2μm微小空洞,添加合金元素Ti會顯著降低Cr-10Ta合金的塑性。Cr-10Ta-10Fe、Cr-10Ta-20Fe、Cr-10Ta-30Fe和Cr-10Ta-35Fe等四種成分的Cr、Ta和Fe混合粉末經過25h的機械合金化后,粉末的平均晶粒尺寸均達到納米級都在22.2-72.2nm之內。Cr-10Ta、Cr-10Ta-10Fe以及Cr-10Ta-20Fe合金中的Laves相TaCr_2是室溫下穩(wěn)定的C15結構,而添加35%Fe會使合金中生成的Laves相發(fā)生轉變,形成亞穩(wěn)態(tài)的C14型Laves相。Fe的較佳添加量為20%,致密度達到98.3%,維氏硬度為7.14GPa,斷裂韌性大于7.91MPa√m,屈服強度和抗壓強度高達2120MPa和2461MPa,壓縮應變?yōu)?.9%,添加Fe取得了良好的合金化增韌效果,但相比較添加Mo的增韌效果仍大于Fe。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG132.3

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