合金元素Mo、Ti、Fe对Laves相强化Cr-10Ta合金组织与性能的影响

发布时间：2017-12-05 15:13

  本文关键词：合金元素Mo、Ti、Fe对Laves相强化Cr-10Ta合金组织与性能的影响

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【摘要】：Laves相TaCr_2金属间化合物凭借其良好的高温力学性能有望作为航空发动机新型高温结构材料应用候选材料之一,但因为具有严重的室温脆性阻碍了其实用化进程。在Ta-Cr系合金中,以软第二相Cr固溶体为基体、Laves相TaCr_2为增强相并添加合适的合金元素有望改善合金室温脆性,获得综合力学性能优异的新型高温合金。本文以Laves相TaCr_2强化Cr-10Ta合金作为研究对象,通过机械合金化(MA)+热压(HP)粉末冶金技术制备添加合金元素Mo、Ti、Fe的Cr-10Ta合金,通过OM、XRD、SEM、EDS等测试手段较系统地研究了这些合金元素对Cr-10Ta合金组织与性能的影响。研究结果表明,Cr-10Ta、Cr-10Ta-5Mo、Cr-10Ta-10Mo、Cr-10Ta-15Mo和Cr-10Ta-20Mo(原子百分比)等五种成分的Cr、Ta和Mo混合粉末经过25h的机械合金化后,粉末的平均晶粒尺寸均达到纳米级,约在21.3~93.5nm之间。Cr-10Ta和Cr-10Ta-5Mo合金中的增强相Laves相TaCr_2是在室温下稳定的C15结构,而添加15%和20%Mo会使合金中固相合成的的Laves相发生相转变,形成亚稳态的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主要占据Ta的晶格位置。Mo的较佳添加量为20%,Cr-10Ta-20Mo合金的致密度达到94.6%,接近全致密;维氏硬度为6.89GPa,断裂韧性大于7.91MPa√m,屈服强度和抗压强度高达2635MPa和3364MPa,且压缩应变还达到6.7%,添加Mo取得良好的合金化增韧效果。Cr-10Ta-10Ti、Cr-10Ta-20Ti、Cr-10Ta-30Ti和Cr-10Ta-35Ti等四种成分的Cr、Ta和Ti混合粉末经过25h的机械合金化后,粉末的平均晶粒尺寸也达到纳米级,约在33.2~90.7nm之间。添加合金元素Ti的这四种三元合金中的Laves相TaCr_2均是稳定的C15结构,Ti不会使合金中合成的Laves相发生相转变。Ti在合金中形成三元Laves相(Ta,Ti)Cr_2,固溶于Laves相中的Ti主要占据Ta的晶格位置。随着Ti含量由10%到35%逐渐增加,合金的维氏硬度不断提高,当Ti含量增加到35%时,合金的维氏硬度达到最大值10.3GPa,致密度均达到94.2%以上。但断裂韧性和抗压强度均随着Ti含量的增加而大幅度下降,且均没有呈现出室温压缩应变量。Cr-10Ta合金的断口形貌为沿晶的韧性断裂,局部出现少量细小韧窝,而添加Ti元素的Cr-10Ta-35Ti合金的断口形貌则表现为穿晶的脆性断裂,存在大量块状的解理平台以及许多直径约为2μm微小空洞,添加合金元素Ti会显著降低Cr-10Ta合金的塑性。Cr-10Ta-10Fe、Cr-10Ta-20Fe、Cr-10Ta-30Fe和Cr-10Ta-35Fe等四种成分的Cr、Ta和Fe混合粉末经过25h的机械合金化后,粉末的平均晶粒尺寸均达到纳米级都在22.2-72.2nm之内。Cr-10Ta、Cr-10Ta-10Fe以及Cr-10Ta-20Fe合金中的Laves相TaCr_2是室温下稳定的C15结构,而添加35%Fe会使合金中生成的Laves相发生转变,形成亚稳态的C14型Laves相。Fe的较佳添加量为20%,致密度达到98.3%,维氏硬度为7.14GPa,断裂韧性大于7.91MPa√m,屈服强度和抗压强度高达2120MPa和2461MPa,压缩应变为4.9%,添加Fe取得了良好的合金化增韧效果,但相比较添加Mo的增韧效果仍大于Fe。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG132.3

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