Zr对铁基合金高温抗氧化性的影响及相关相平衡研究

发布时间：2020-04-21 02:08

【摘要】：铁基高温合金因其性能优良且价格低廉被广泛应用于高温服役环境中,高温抗氧化性能较低是影响铁基高温合金服役寿命的关键因素之一。添加合金元素是目前世界上应用最广泛的提高合金性能的方法。Zr是高温合金中常加的合金元素,其主要作用是提高合金的抗氧化性和塑性。Si能提高合金的抗高温氧化性在学术界已达成共识。稀土元素Y不仅能净化合金而且能提高其抗氧化性等其它性能。本论文围绕Zr对铁基合金的高温抗氧化性及相关相平衡展开了研究,实验测定了 Zr-Si-Y 三元系900℃等温截面相关系,研究了 Zr对铁基合金高温抗氧化性的影响。研究结果为新型高温抗氧化铁基合金的设计和开发提供了相关实验数据,具有较强的指导意义和一定的应用价值。运用平衡合金法实验测定了 Zr-Si-Y三元系900℃等温截面相关系。该等温截面共存在10个三相区,实验确定了 9个三相区,它们分别是:Zr+Y+Zr2Si,Y+Zr2Si+Y5Si3,Zr3Si2+Zr2Si+Y5Si3,Y5Si3+Y5Si4+Zr5Si4,ZrSi+Zr5Si4+Y5Si4,ZrSi+YSi+Y5Si4,YSi+Y3Si5+ZrSi,ZrSi+ZrSi2+Y3Si5 和 Si+Y3Si5+ZrSi2。Zr 在 Y,Y5Si3,Y5Si4,YSi 和 Y3Si5 中的最大溶解度分别为:2.2at.%,5.Oat.%,4.1at.%,4.8at.%和 2.9at.%。Y 在 Zr,Si,Zr2Si,Zr3Si2,Zr5Si4 和 ZrSi 中的最大溶解度分别为:0.2at.%,1.9at.%,4.4at.%,5.1at.%,3.3at.%和 3.4at.%。Si 在 Y 中的最大溶解度为4.1at.%。Y在ZrSi2中的溶解度极其有限。采用恒温试化法研究了 Zr 对铁基合金高温抗氧化性的影响。设计了 4 组合金Fe-3Si-mZr(m=0,0.5,1,2)。研究表明:Zr元素的加入明显提高了 Fe-3Si合金在900℃空气中的抗氧化性,其中Fe-3Si-1Zr合金抗氧化性最佳。四组合金的氧化速率顺序为:Fe-3SiFe-3Si-0.5ZrFe-3Si-2ZrFe-3Si-1Zr。Zr 元素的加入,细化了 Fe-3Si合金基体组织和氧化物的晶粒,使合金和氧化膜内晶界数量增加,提高了合金内各元素的扩散速率,促进了 SiO2和 ZrO2等活性元素氧化膜的生成,从而提高了合金的抗氧化性。四个合金的氧化动力学曲线均符合抛物线变化规律。
【图文】：

铁基高温合金,罗尔斯,涡轮机,引擎

逡逑化性能较低。航空航天涡轮机燃料室是其重要的应用领域。图１－１所示的逡逑Ｒｏｌｌ－Ｒｏｙｃｅ’ｓＴｒｅｎｔ邋８００引擎的涡轮机是由是罗尔斯？罗伊斯［１４］制造的。从图中可以逡逑看出，燃料室承受的压力和温度是所有部位中最大的，高温合金为可以采用的最逡逑佳材料［１５］。逡逑低压压气机高压压气机逡逑ｘｍＪＡ，邋Ｔ逡逑；；；逡逑图１－１罗尔斯？罗伊斯｜１４］研发制作的Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ’ｓ邋Ｔｒｅｎｔ邋８００型引擎的涡轮机逡逑铁基高温合金还常用来制作热处理用的电炉炉底板１１６］，电炉炉底板的使用逡逑温度一般可达到５００？１２００°Ｃ。电炉炉底板材料要求优异的高温抗氧化性，对热逡逑强性要求相对较低。抗氧化性铁基高温合金为电炉炉底板的首选材料［１７］。这一逡逑类铁基高温合金一般都需要具有优异的抗高温氧化性，可通过添加合金元素来获逡逑得抗氧化性优良的铁基高温合金。逡逑根据强化机制的不同铁基高温合金被分为固溶强化型轶基高温合金、第二相逡逑粒子强化型铁基高温合金和晶界强化型铁基高温合金三类１１８，１９］。逡逑（１）固溶强化型铁基高温合金逡逑固溶型铁基高温合金指的是为得到单相奥氏体，运用合金化元素调配的方式逡逑将合金元素固溶到基体中

示意图,铁基高温合金,微量合金元素,电炉炉底

逡逑化性能较低。航空航天涡轮机燃料室是其重要的应用领域。图１－１所示的逡逑Ｒｏｌｌ－Ｒｏｙｃｅ’ｓＴｒｅｎｔ邋８００引擎的涡轮机是由是罗尔斯？罗伊斯［１４］制造的。从图中可以逡逑看出，燃料室承受的压力和温度是所有部位中最大的，高温合金为可以采用的最逡逑佳材料［１５］。逡逑低压压气机高压压气机逡逑ｘｍＪＡ，，邋Ｔ逡逑；；；逡逑图１－１罗尔斯？罗伊斯｜１４］研发制作的Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ’ｓ邋Ｔｒｅｎｔ邋８００型引擎的涡轮机逡逑铁基高温合金还常用来制作热处理用的电炉炉底板１１６］，电炉炉底板的使用逡逑温度一般可达到５００？１２００°Ｃ。电炉炉底板材料要求优异的高温抗氧化性，对热逡逑强性要求相对较低。抗氧化性铁基高温合金为电炉炉底板的首选材料［１７］。这一逡逑类铁基高温合金一般都需要具有优异的抗高温氧化性，可通过添加合金元素来获逡逑得抗氧化性优良的铁基高温合金。逡逑根据强化机制的不同铁基高温合金被分为固溶强化型轶基高温合金、第二相逡逑粒子强化型铁基高温合金和晶界强化型铁基高温合金三类１１８，１９］。逡逑（１）固溶强化型铁基高温合金逡逑固溶型铁基高温合金指的是为得到单相奥氏体，运用合金化元素调配的方式逡逑将合金元素固溶到基体中
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG132.3

【参考文献】