Nb/Mo-Si基高温合金部分二元及三元体系的热力学研究
发布时间：2022-02-14 20:31
作为新一代航空发动机材料,以Nb-Si基高温结构材料替代传统的Ni基单晶材料具有重要的应用价值。Nb-Si基高温结构材料是由bcc韧性相和Nb5Si3强化相构成的双相复合材料,具有低温韧性好、高温强度大等优良的力学性能。然而,Nb-Si基高温合金也存在高温抗氧化性差、高温抗蠕变性能低等缺点,影响其实际应用。目前,合金化方法是解决Nb-Si基高温结构材料性能不足的主要手段,通过固溶强化、析出强化、消除高温亚稳相、改善合金显微组织等,以达到Nb-Si基高温结构材料的性能要求。Nb-Si基高温结构材料的合金化元素主要包含Mo、Ti、V、Hf、Sn、Cr、Mn、Al、Ge、C和B等。本文重点针对Mo、Hf、V合金化元素与Nb、Si基础元素构成的二元及三元系,开展相平衡实验测定和热力学优化评估,进行凝固过程热力学分析。取得了如下的研究结果:首先,研究发现Nb-V二元系低温区存在的溶解度间隙。本文采用合金法、扩散偶法、差热分析法、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等方法,分别对等温平衡成分、界面平衡关系、相转变温度、显微组织形貌、相分解机制（调幅分解和形核长大）等进行了综合的测定和分析,获得了能够相互...
【文章来源】：北京科技大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?Ｎｉ基高温合金的发展??为了满足航空引擎工作温度日益变高的需求，凝固技术也不断发展，高??温合金也从定向等轴晶发展到单晶
?Ｎｂ／Ｍｏ－Ｓｉ基高温合金部分二元及三元体系的热力学研宄???属间化合物领域的巨大潜力。??由表２－３可以看到出，Ｎｂ５Ｓｉ３的熔点很高，密度相对较小，是非常有潜??力的高温材料，然而该材料脆性较大，室温軔性也比较低，是制约其发展的??主要原因。从图２－２可知，Ｎｂ－Ｓｉ二元相图中存在一个Ｂｃｃ（Ｎｂ）＋ａＮｂ５Ｓｉ３的两??相区，Ｂｃｃ（Ｎｂ）是軔性相，可以起到室温增韧作用，ｏｔＮｂ５Ｓｉ３为强化相，可以??起到高温增强作用，两者相结合可以生成一种原位复合材料ａＮｂ５Ｓｉ３／ＢＣＣ（Ｎｂ）。??众多研宄者对此进行了研宄，Ｍｅｎｄｉｒａｔｔａ［３Ｇ，３１１等及Ｂｅｗｌａｙ［３２＿３３］等发现这种合??金的室温軔性、高温强度和抗蠕变性能都非常优良，而且相变的温度也非常??高，在１６００°Ｃ温度下也能够较稳定地存在［３４］。然而Ｂｃｃ（Ｎｂ）的高温抗氧化性、??ｃｉＮｂ５Ｓｉ３的低温韧性都比较差，需要进一步研宄。??３０００］??２７ＳＷＫ?．?？，．??２６＂Ｖ＼?／?ｆ＼??＾?＼３＿＼?乂护３Ｋ?＼?２２３６Ｋ??？?２２００－?…挫??Ｉ?二丨?＼，訊。Ｍ?＼??邕?Ｉ?，９４６Ｋ???Ｎ．??｜?１８〇°＇?？ＮｂｓＳｉ３－？?親?＼??Ｋ?“ＣＣ?ＮｂＳｉ２－?ａ＊Ｓ??１４００．?Ｄｉａｍｏｎｄ－ＳＩ—？??１０００Ｊ?．?．?■￣￣Ｕ???，＿Ｕ?，?，——??０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??Ｎｂ?Ｍｏｌｅ?Ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｓｉ?Ｓｉ??图２－２?Ｎｂ－Ｓｉ二元相图??２．２合金元素对Ｎｂ／Ｍｏ－Ｓｉ基高温合金体
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【参考文献】：
期刊论文
[1]合金化元素对Nb-Si基超高温合金微观组织和性能的影响[J]. 尹梦姣,孙志平,李倩,沈淑馨. 铸造技术. 2017(08)
[2]航空涡轮发动机现状及未来发展综述[J]. 焦华宾,莫松. 航空制造技术. 2015(12)
[3]镍基高温合金核心技术发展[J]. 郑玉荣,吴新年,王晓民. 中国材料进展. 2015(03)
[4]我国高温合金的发展与创新[J]. 师昌绪,仲增墉. 金属学报. 2010(11)
[5]V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响[J]. 康永旺,曲士昱,宋尽霞,韩雅芳. 航空材料学报. 2008(05)
[6]镍基单晶高温合金的发展[J]. 胡壮麒,刘丽荣,金涛,孙晓峰. 航空发动机. 2005(03)
[7]含铌高温材料的研究进展[J]. 王海瑛. 钢铁研究. 2005(04)
[8]NEW DEVELOPMENTS IN WROUGHT 718-TYPE SUPERALLOYS[J]. R.L. Kennedy. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2005(01)
[9]Mo对于Nb/Nb5Si3原位复合材料室温韧性的影响[J]. 李伟,杨海波,单爱党,吴建生. 材料工程. 2004(04)
[10]Nb-Ti-Si三元系1173K等温截面的测定[J]. 王日初,阙基容,柳春雷,金展鹏. 稀有金属与硬质合金. 2002(03)
博士论文
[1]难熔金属W、Mo、Ta、Nb及其二元合金的价键结构和相稳定性[D]. 李小波.中南大学 2008
本文编号：3625223
【文章来源】：北京科技大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?Ｎｉ基高温合金的发展??为了满足航空引擎工作温度日益变高的需求，凝固技术也不断发展，高??温合金也从定向等轴晶发展到单晶
?Ｎｂ／Ｍｏ－Ｓｉ基高温合金部分二元及三元体系的热力学研宄???属间化合物领域的巨大潜力。??由表２－３可以看到出，Ｎｂ５Ｓｉ３的熔点很高，密度相对较小，是非常有潜??力的高温材料，然而该材料脆性较大，室温軔性也比较低，是制约其发展的??主要原因。从图２－２可知，Ｎｂ－Ｓｉ二元相图中存在一个Ｂｃｃ（Ｎｂ）＋ａＮｂ５Ｓｉ３的两??相区，Ｂｃｃ（Ｎｂ）是軔性相，可以起到室温增韧作用，ｏｔＮｂ５Ｓｉ３为强化相，可以??起到高温增强作用，两者相结合可以生成一种原位复合材料ａＮｂ５Ｓｉ３／ＢＣＣ（Ｎｂ）。??众多研宄者对此进行了研宄，Ｍｅｎｄｉｒａｔｔａ［３Ｇ，３１１等及Ｂｅｗｌａｙ［３２＿３３］等发现这种合??金的室温軔性、高温强度和抗蠕变性能都非常优良，而且相变的温度也非常??高，在１６００°Ｃ温度下也能够较稳定地存在［３４］。然而Ｂｃｃ（Ｎｂ）的高温抗氧化性、??ｃｉＮｂ５Ｓｉ３的低温韧性都比较差，需要进一步研宄。??３０００］??２７ＳＷＫ?．?？，．??２６＂Ｖ＼?／?ｆ＼??＾?＼３＿＼?乂护３Ｋ?＼?２２３６Ｋ??？?２２００－?…挫??Ｉ?二丨?＼，訊。Ｍ?＼??邕?Ｉ?，９４６Ｋ???Ｎ．??｜?１８〇°＇?？ＮｂｓＳｉ３－？?親?＼??Ｋ?“ＣＣ?ＮｂＳｉ２－?ａ＊Ｓ??１４００．?Ｄｉａｍｏｎｄ－ＳＩ—？??１０００Ｊ?．?．?■￣￣Ｕ???，＿Ｕ?，?，——??０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??Ｎｂ?Ｍｏｌｅ?Ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｓｉ?Ｓｉ??图２－２?Ｎｂ－Ｓｉ二元相图??２．２合金元素对Ｎｂ／Ｍｏ－Ｓｉ基高温合金体
?北京科技大学博士学位论文???后，使用Ｇｌｅｅｂｌｅ３５００将两块圆柱体热压缩在一起，然后进行保温退火。??Ｃ??／?／＼?ｙ?Ａ?／?／?Ａ?／?７］?ＸＩ?＼ｙ￣７??Ａ?＋?Ｂ??？－Ａ?Ｂ?＋?Ｃ??？－?Ａ?Ｂ??１／?１／?ＩＩ?１／?１／?ＩＩ?１／??图２－３?“品”字型三元扩散偶组装及结构示意图??（２）扩散偶相平衡成分的测定??用电子探针微区成分分析仪（ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅ?Ｍｉｃｒｏ－Ａｎａｌｙｚｅｒ，简称ＥＰＭＡ）??沿相界两边垂直方向每隔ｌ｜＿ｉｍ逐点测定成分（由测得的各元素的Ｘ射线强??度，经ＺＡＦ理论修正后，换算成原子百分数）。这样可得到一条成分－距离曲??线，而后从相界两边外推至相界处即可得到局部平衡的相成分。由于组元在??各相中的扩散速度不一样，各相的消长速度也不同，因此扩散偶试样上可能??会出现相界移动，但一般认为相界移动导致相平衡的偏离可以忽略不计。??尽管扩散偶技术存在诸如不适用于材料扩散系数低的材料体系等缺点??［７１］，但对于绝大多数金属体系来说，扩散偶方法仍然是一种较为高效测定实??验相图的方法。??２．３．３合金法制备样品??合金熔炼法主要包括以下工艺过程：??（１）配料与熔炼??为了确保试样化学成分可靠，配置试样时，所用的原料必须纯净度高，稳??定性好。??本课题熔炼合金试样前，均使用砂轮或其它工具除掉原料表面的氧化层，??且切割工具均需用丙酮清洗吹干后使用，避免污染原料。称取样品时在感应??量为Ｏ．ＯＯＯｌｇ的光电分析天平上进行，每个样品配成５克。??熔炼过程是在高纯度氩气保护下的水冷铜坩埚中进行。熔炼时应先将电??弧炉抽真空后反
【参考文献】：
期刊论文
[1]合金化元素对Nb-Si基超高温合金微观组织和性能的影响[J]. 尹梦姣,孙志平,李倩,沈淑馨. 铸造技术. 2017(08)
[2]航空涡轮发动机现状及未来发展综述[J]. 焦华宾,莫松. 航空制造技术. 2015(12)
[3]镍基高温合金核心技术发展[J]. 郑玉荣,吴新年,王晓民. 中国材料进展. 2015(03)
[4]我国高温合金的发展与创新[J]. 师昌绪,仲增墉. 金属学报. 2010(11)
[5]V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响[J]. 康永旺,曲士昱,宋尽霞,韩雅芳. 航空材料学报. 2008(05)
[6]镍基单晶高温合金的发展[J]. 胡壮麒,刘丽荣,金涛,孙晓峰. 航空发动机. 2005(03)
[7]含铌高温材料的研究进展[J]. 王海瑛. 钢铁研究. 2005(04)
[8]NEW DEVELOPMENTS IN WROUGHT 718-TYPE SUPERALLOYS[J]. R.L. Kennedy. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2005(01)
[9]Mo对于Nb/Nb5Si3原位复合材料室温韧性的影响[J]. 李伟,杨海波,单爱党,吴建生. 材料工程. 2004(04)
[10]Nb-Ti-Si三元系1173K等温截面的测定[J]. 王日初,阙基容,柳春雷,金展鹏. 稀有金属与硬质合金. 2002(03)
博士论文
[1]难熔金属W、Mo、Ta、Nb及其二元合金的价键结构和相稳定性[D]. 李小波.中南大学 2008
本文编号：3625223
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