Nb-Si-(Ti-Hf-Al-Cr)-Fe系超高温合金显微组织与力学性能研究

admin · 发表于 2023-10-7 22:03:25

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Nb-Si基原位复合材料因为具有高熔点、低密度、优异的高温强度、一定的室温韧性和较好的组织稳定性等特点，成为了可以代替镍基高温合金用于制造下一代航空航天用发动机热端部件的理想候选材料之一。本论文分别以Nb-16Si和Nb-16Si-22Ti-(2,6)Hf-2Al-2Cr为基体成分，系统研究了Fe含量的变化对三元及七元Nb-Si基超高温合金的相组成、显微组织、室温断裂韧性、室温和高温强度的影响，结果表明： 1. 对于Nb-Si-xFe(x=2,4,6)三元合金体系，铸态和热处理态（1350℃/100h）Nb-16Si-2Fe和Nb-16Si-4Fe合金主要由NbSS、Nb3Si和Nb4FeSi三相组成，而Nb-16Si-6Fe合金主要由NbSS和Nb4FeSi两相组成。新生成的Nb4FeSi相的硬度和断裂韧性分别为1110HV、1.22 MPa•m1/2，均高于Nb3Si相的相应值，是一个硬脆的硅化物相。 2．在三元合金体系中，随着合金中Fe含量的升高，热处理后合金的室温断裂韧性呈略微下降趋势，而室温压缩强度则随之升高；2Fe合金在1250℃和1350℃下的高温压缩强度最高，4Fe合金的高温压缩强度最低。 3．对于Nb-16Si-22Ti-(2,6)Hf-2Al-2Cr-xFe(x=1,2,3,6)七元合金体系，Fe含量较低(3 at.%）促进了Nb5Si3相向Nb4FeSi相的转变以及共晶组织的消失。热处理进一步促进了Nb5Si3向Nb4FeSi的转变。 4．在七元合金体系中，合金的室温断裂韧性随着Fe含量的增加而呈下降趋势；随着合金中Fe含量的增加，高强度的硅化物相含量升高，对室温强度有利，但合金中细小的共晶组织随之减少甚至消失，对室温强度不利，合金的整体室温强度是正面因素和负面因素相互竞争的结果，表现出不同的规律；合金的高温压缩屈服强度随Fe含量的升高而呈下降趋势。当Hf含量由2 at.%升高到6 at.%后，在1250℃下的高温强度提高，而在1350℃下的高温强度则有所降低。 5．在室温下NbSS的断裂方式主要为准解理断裂，呈现河流状花样；硅化物Nb3Si、Nb5Si3和Nb4FeSi的断裂表面光滑平整，均为典型的脆性断裂。

Nb-Si-(Ti-Hf-Al-Cr)-Fe系超高温合金显微组织与力学性能研究

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