镝合金化镍铝-钒基合金的微观组织演化及力学性能

发布时间：2020-04-11 11:53

【摘要】：高温合金作为高端的材料,在许多领域都有广泛的应用,特别是航空航天和能源电力领域。而NiAl材料有着高熔点、高温抗氧化性、抗腐蚀性和低密度等优秀的物理性能和化学性能,有着成为新高温材料的潜力,但是其室温韧性和塑性较差,成为该合金实用化的制约。本课题组在NiAl基础上加入V发现,其高温压缩、室温压缩和断裂韧性均有很大提高,所以在此基础上加入Dy来探究其微观组织演化和力学性能。本文拟对不同Dy含量的NiAl-V系合金的凝固组织特性及力学性能进行研究。通过非自耗真空电弧炉炼制NiAl-32V(0、0.05、0.1、0.3、0.5wt.%)、NiAl-39V(0、0.05、0.1、0.3、0.5、1wt.%)、NiAl-43V(0、0.05、0.1、0.3、0.5、1wt.%)合金,来探究稀土元素Dy对NiAl-V基体微观组织和力学性能的影响。通过非自耗真空电弧炉来炼制NiAl-V-xDy合金,使其材料强度和断裂韧性均有所提高。通过光学显微镜(O M)、QUANTA-400型扫描电镜观察了合金的微观组织演化,通过X射线衍射仪(X RD)、能谱仪(EDS)及透射电镜(TEM)来确定该合金凝固过程中相的组成。通过室温压缩实验及高温压缩实验来测定Dy合金化后材料压缩强度的影响。通过三点弯曲实验探究室温断裂韧性的变化。通过对NiAl-39V-0.05Dy及NiAl-43V-0.05Dy高温压缩实验,来探究不同温度和速率以及成分对其高温强度和激活能的影响。结果表明:稀土元素Dy加入32V亚共晶合金后,初生相NiAl数量和形态发生了变化,共晶团的数目增多,片层间距减少,初生相增多;Dy元素加入39V共晶合金后,共晶团数量增多,共晶胞晶界处的V相和NiAl相变得粗大,而且晶胞得到了细化,随着含量的增加有初生相析出;Dy元素加入43V过共晶合金后,枝晶和晶粒都得到了细化,且数量增多。通过室温压缩和三点弯曲可知,稀土Dy加入NiAl-32V后,室温强度降低,但是适量Dy加入NiAl-39V、NiAl-43V后,室温强度都显著提高,断裂韧性也较未加稀土前略有提高。通过高温压缩可知,适量的Dy加入NiAl-32V、NiAl-39V及NiAl-43V中都会有显著提高,而且NiAl-39V-0.05Dy和NiAl-43V-0.05Dy的激活能高于NiAl-39V及NiAl-43V。说明Dy的加入,改善了NiAl-V合金的高温强度,但是在室温压缩中,改善了NiAl-39V和NiAl-43V合金室温强度,降低了NiAl-32V合金室温压缩强度。对于Dy加入共晶和过共晶合金时,室温断裂韧性也略有提高。
【图文】：

内蒙古科技大学硕士学位论文化合物的晶体结构、相图及特点结构为有序立方 B2 结构，它属于 Hume-Rothery β相电子.1 所示。价电子与原子比例为 3/2，是由金属键和共价键两比较稳定。这种有序立方结构通常被认为是两种简单立方立方结构亚晶格的顶点分别被Ni 原子和Al 原子占据。

则形成 Ni 的空位。另外，由于原子热振动，NiAl 合金极易形成热空位，特别高于 0.33Tm（熔点）时，热空位的浓度增加显著。(2) 线强度：在 NiAl 中可位错有 a<100>，a<110>和 a<111>，其中 a<100>位错在所有方向都具有最低造成刃型位错所需的能量要远低于螺型位错。a<110>{100}刃型位错可以形成0>{100}刃型位错，而能量不变。取向与 a<110>{100}刃型位错线相近的位错成两个具有合适方向的 a<100>{100}位错。多晶 NiAl 塑性差的主要原因是位矢量为<100>，只能提供三个滑移系，不能满足多晶滑移所要求的 5 个滑移系度：层错、晶界和相界面是NiAl 合金晶格中的面强度的三种滑移方式。在(发生单滑移，但堆垛层错和反相畴界的滑移可以在(110)晶面的 a<100>、a<11>上产生。a<100>位错还可以分解为复杂的层错。滑移面、滑移矢量和温度会)和(112)面上的反相畴界，在 240~260 mJ/m2范围内发生变化。经过大量的实明，，NiAl 中加入大量合金元素可以明显降低反相畴界能，通过这一研究也为供了指导方向[6~7]。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V252;TG132.3

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本文编号：2623561