定向凝固NiAl-V系共晶合金初始过渡区组织演化及相选择
发布时间：2021-10-29 08:17
材料的性能和组织是密切相关的,而初始非稳态的凝固过程在很大因素上决定着组织的最终凝固形态。因此,对初始过渡区内组织演变存在研究的意义。本文以定向凝固NiAl-V系共晶合金为研究对象,通过控制抽拉速率来研究初始过渡区内组织形态的转变,以及对稳态区内组织生长的影响。同时,通过计算初生相与共晶组织的界面生长温度,研究了二者之间的竞争生长机制。本文利用高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-32V亚共晶合金、NiAl-39V共晶合金、NiAl-43V过共晶合金。分别研究了抽拉速率对三种成分合金凝固过程中的组织演变,以及初生相和共晶组织的竞争生长关系。得到的主要结论如下:NiAl-32V亚共晶合金的初始过渡区在实验抽拉速率条件下（ν=6150μm/s）均为两个阶段。即第一阶段组织为胞状初生βNiAl+（α+β）共晶,随着凝固距离的增加,向第二阶段枝晶状初生βNiAl+（α+β）转变。而在稳态区内均表现为初生βNiAl相先于共晶组织生长,并随着生长速率的增加,枝晶逐渐细密。固液界面经历了胞枝、枝的变化;NiAl-...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiAl的B2型晶体结构[14]
内蒙古科技大学硕士学位论文-4-0.2887nm。当偏离等计量比时，化学计量比随晶格常数呈一次关系。图1.1NiAl的B2型晶体结构[14]相图是研究合金凝固过程中组织演化等最直观的工具，图1.2给出NiAl二元平衡相图。由图可知，Al的熔点在639.9℃左右，Ni的熔点在1455℃左右。除Al、Ni固溶体外，存在5种Ni-Al化合物，分别为NiAl、Ni3Al、Ni5Al3、Ni2Al3，NiAl3。并且随着化学计量比和温度的改变，所形成的二元化合物具有不同的晶体结构、晶格常数和空间群。相对低温下，NiAl相在一个很宽的成分范围，（45%-60%，at.%）。而在高温下，这个范围会继续扩大，由此可知，NiAl相可以稳定存在，并且为后续在NiAl金属间化合物中添加其它难溶元素提供了有力的基矗有些元素可以和NiAl形成伪二元共晶系。例如Cr、Mo、V等。当这些元素的含量小于它们在NiAl中的最大固溶度时，往往会产生固溶强化，有利于材料性能。当这些元素的含量达到共晶成分时，就会与NiAl发生共晶转变，从而形成棒状或层片状共晶组织。图1.2NiAl二元平衡相图[13]
内蒙古科技大学硕士学位论文-6-较低（5.9g/cm3），仅为Ni基高温合金的2/3，再加上较好的抗氧化性能和高热传导性能使得NiAl金属间化合物在航天航空材料中取得重要关注，但NiAl合金高温强度低和室温塑性差的两大短板阻碍了其实用化[15~18]。众所周知，若想达到优异的性能必须获得理想的组织，目前针对于NiAl金属间化合物的研究主要是引入第三元素，通过合金化方法来达到细化晶粒、加入强化相和制备多相合金的目的，而通过上述手段已经使得该合金的强度和韧性都有所提高。（1）宏观合金化根据所掺杂第三元素的固溶量，可将第三元素分为三大类。第一类元素（A类元素）Sc（钪）、Y（钇）、La（镧）、Ti（钛）、Zr（锆）、Hf（铪）等是与NiAl金属间化合物固溶度很小的元素，A类元素的加入一般往往会和Ni、Al元素形成三元金属间化合物；第二类元素（B类元素）V（钒）、Cr（铬）、Mo（钼）、W（钨）、Re（铼）等元素的加入会和NiAl形成伪二元共晶合金，这也是改善NiAl金属间化合物性能的研究中最为广泛的一个方向；第三类元素（C类元素）Fe（铁）、Ru（钌）、Os（锇）、Co（钴）、Rh（铑）、Ir（铱）、Ni（镍）、Pd（钯）、Pt（铂）、Cu（铜）等因其与NiAl有很大的固溶度，会形成典型的B2晶体结构的固溶体；如图1.3所示。第一类元素位于元素周期表的第ⅢB、ⅣB和ⅤB族。第二类元素位于ⅥB族。第三类元素主要位于ⅤⅢ族。同时也有一类元素与NiAl合金化后的行为尚未研究。图1.3周期表中三种典型NiAl-X相平衡位置[14]（2）微合金化相比较宏观合金化，微合金化也是一类改善合金性能的重要方法。根据Baker和Munroe[19]研究表明，少量的硼加入富Ni的Ni3Al金属间化合物中会发生马氏体
本文编号：3464308
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NiAl的B2型晶体结构[14]
内蒙古科技大学硕士学位论文-4-0.2887nm。当偏离等计量比时，化学计量比随晶格常数呈一次关系。图1.1NiAl的B2型晶体结构[14]相图是研究合金凝固过程中组织演化等最直观的工具，图1.2给出NiAl二元平衡相图。由图可知，Al的熔点在639.9℃左右，Ni的熔点在1455℃左右。除Al、Ni固溶体外，存在5种Ni-Al化合物，分别为NiAl、Ni3Al、Ni5Al3、Ni2Al3，NiAl3。并且随着化学计量比和温度的改变，所形成的二元化合物具有不同的晶体结构、晶格常数和空间群。相对低温下，NiAl相在一个很宽的成分范围，（45%-60%，at.%）。而在高温下，这个范围会继续扩大，由此可知，NiAl相可以稳定存在，并且为后续在NiAl金属间化合物中添加其它难溶元素提供了有力的基矗有些元素可以和NiAl形成伪二元共晶系。例如Cr、Mo、V等。当这些元素的含量小于它们在NiAl中的最大固溶度时，往往会产生固溶强化，有利于材料性能。当这些元素的含量达到共晶成分时，就会与NiAl发生共晶转变，从而形成棒状或层片状共晶组织。图1.2NiAl二元平衡相图[13]
内蒙古科技大学硕士学位论文-6-较低（5.9g/cm3），仅为Ni基高温合金的2/3，再加上较好的抗氧化性能和高热传导性能使得NiAl金属间化合物在航天航空材料中取得重要关注，但NiAl合金高温强度低和室温塑性差的两大短板阻碍了其实用化[15~18]。众所周知，若想达到优异的性能必须获得理想的组织，目前针对于NiAl金属间化合物的研究主要是引入第三元素，通过合金化方法来达到细化晶粒、加入强化相和制备多相合金的目的，而通过上述手段已经使得该合金的强度和韧性都有所提高。（1）宏观合金化根据所掺杂第三元素的固溶量，可将第三元素分为三大类。第一类元素（A类元素）Sc（钪）、Y（钇）、La（镧）、Ti（钛）、Zr（锆）、Hf（铪）等是与NiAl金属间化合物固溶度很小的元素，A类元素的加入一般往往会和Ni、Al元素形成三元金属间化合物；第二类元素（B类元素）V（钒）、Cr（铬）、Mo（钼）、W（钨）、Re（铼）等元素的加入会和NiAl形成伪二元共晶合金，这也是改善NiAl金属间化合物性能的研究中最为广泛的一个方向；第三类元素（C类元素）Fe（铁）、Ru（钌）、Os（锇）、Co（钴）、Rh（铑）、Ir（铱）、Ni（镍）、Pd（钯）、Pt（铂）、Cu（铜）等因其与NiAl有很大的固溶度，会形成典型的B2晶体结构的固溶体；如图1.3所示。第一类元素位于元素周期表的第ⅢB、ⅣB和ⅤB族。第二类元素位于ⅥB族。第三类元素主要位于ⅤⅢ族。同时也有一类元素与NiAl合金化后的行为尚未研究。图1.3周期表中三种典型NiAl-X相平衡位置[14]（2）微合金化相比较宏观合金化，微合金化也是一类改善合金性能的重要方法。根据Baker和Munroe[19]研究表明，少量的硼加入富Ni的Ni3Al金属间化合物中会发生马氏体
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