發(fā)布時(shí)間：2018-05-07 22:10

  本文選題：冷坩堝 + 定向凝固��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：目前Ni基高溫合金的最高使用溫度已接近1150℃,超過了其熔點(diǎn)的80%,已經(jīng)不能滿足下一代高推重比航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度(1200~1400℃)的要求。相比之下,Nb-Si基超高溫合金具有較低的密度(6.6~7.2 g/cm3)、高熔點(diǎn)(超過1900℃)、高剛度以及良好的高溫強(qiáng)度和優(yōu)異的抗高溫蠕變性能,使其成為具有潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。然而Nb-Si基合金在室溫下的斷裂韌性較差,高溫強(qiáng)度不足,因此制備室溫和高溫綜合力學(xué)性能優(yōu)異的合金具有重要的理論和實(shí)際意義。本文選用添加一定量Ti元素的Nb-Ti-Si基超高溫合金,運(yùn)用電磁冷坩堝定向凝固技術(shù)成功地制備出不同工藝參數(shù)下的成分為Nb-22Ti-16Si-3Cr-3Al-2Hf(at.%)的方形鑄錠,分析了定向凝固工藝參數(shù)(抽拉速度和加熱功率)對(duì)定向凝固組織和力學(xué)性能的影響,獲得的組織狀態(tài)為沿著凝固方向耦合生長(zhǎng)的(Nb,Ti)ss/(Nb,Ti)5Si3的定向組織,表現(xiàn)出良好的綜合力學(xué)性能。定向凝固試樣的宏觀形貌由初始生長(zhǎng)區(qū)、定向生長(zhǎng)區(qū)、凝殼層、固液界面和最后凝固區(qū)組成,其中定向生長(zhǎng)區(qū)占到試樣長(zhǎng)度的60%以上。初始生長(zhǎng)區(qū)的組織與未定向的鑄態(tài)組織差別不大,包含一些大塊且有尖角的(Nb,Ti)5Si3相;凝殼層為細(xì)小的α-(Nb,Ti)5Si3相均勻地分布在(Nb,Ti)ss固溶體基體上;固液界面呈 ω‖型,這可能與駝峰內(nèi)流體的交錯(cuò)回漩運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),固液界面呈胞枝狀或樹枝狀生長(zhǎng),這與(Nb,Ti)ss相和(Nb,Ti)5Si3相生長(zhǎng)速度相對(duì)快慢有關(guān);最后凝固區(qū)由細(xì)小的等軸樹枝晶(Nb,Ti)ss和分布其間的(Nb,Ti)5Si3組成。在試樣的定向生長(zhǎng)區(qū)內(nèi)(Nb,Ti)ss固溶體相和(Nb,Ti)5Si3相平行于抽拉方向耦合生長(zhǎng),兩相之間分布著共晶組織,且共晶組織主要呈現(xiàn)三種形態(tài),即網(wǎng)狀、胞枝狀和層片狀。切割試樣的橫截面發(fā)現(xiàn)其由初生的α-(Nb,Ti)5Si3塊、共晶胞以及胞間共晶組織組成,隨生長(zhǎng)速率的加快,初生α-(Nb,Ti)5Si3塊逐漸變少甚至消失,胞內(nèi)組織多為(Nb,Ti)ss+α-(Nb,Ti)5Si3共晶,胞間組織多為(Nb,Ti)ss+γ-(Nb,Ti)5Si3共晶。相對(duì)低熔點(diǎn)的Ti元素易于富集在胞間,形成富Ti的(Nb,Ti)5Si3相,即γ-(Nb,Ti)5Si3,且大部分分布在胞間。隨著抽拉速率的升高共晶胞平均直徑減小,但隨著加熱功率的增加卻先增大而后減小。工藝參數(shù)對(duì)韌性(Nb,Ti)ss相含量影響不大,很難通過定向凝固大幅度提高(Nb,Ti)ss相含量。隨著抽拉速率和加熱功率的升高,(Nb,Ti)ss和(Nb,Ti)5Si3兩相相間距均呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。各定向凝固試樣的定向生長(zhǎng)區(qū)硬度值在609.59~703.64HV之間變化,且硬度值與韌性(Nb,Ti)ss相含量V(Nb,Ti)ss成線性相關(guān),滿足關(guān)系式HV=1143.63-9.91V(Nb,Ti)ss,且γ-(Nb,Ti)5Si3的硬度比α-(Nb,Ti)5Si3高。鑄態(tài)合金斷裂韌性為8.93 MPa·m1/2,定向凝固后最高能提升到13.21 MPa·m1/2,這與裂紋曲折擴(kuò)展路徑以及定向組織中裂紋偏轉(zhuǎn)、分叉、橋接等增韌機(jī)制有關(guān)。定向凝固合金室溫抗壓強(qiáng)度也比鑄態(tài)合金有明顯提高,隨著加熱功率的提高而增大,但隨著抽拉速率的加快先升高后略有下降,鑄態(tài)壓縮試樣呈45°剪切斷裂,定向凝固壓縮試樣平行于軸向斷裂,斷口有解理面和大量撕裂棱。定向凝固合金1250℃抗拉強(qiáng)度水平明顯優(yōu)于鑄態(tài)試樣,最大提高了53%,斷口均垂直于加載方向,斷口中(Nb,Ti)5Si3有大的解理面,呈明顯的脆性斷裂,但(Nb,Ti)ss有撕裂棱,具有延性斷裂特征。定向凝固合金中硅化物定向地分布在(Nb,Ti)ss基體上,遵從纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制,能有效地改善材料的高溫拉伸性能。
[Abstract]:鐩墠Ni鍩洪珮娓╁悎閲戠殑鏈，

本文編號(hào)：1858666