合金化對Nb-Si合金組織及力學性能的影響.pdf

1、Nb-Si基原位自生復合材料是極具開發(fā)利用價值的下一代高溫結構材料，但其室溫韌性差的弱點制約了其進一步發(fā)展應用。本文研究合金化對Nb-Si合金微觀組織及性能的影響；通過金相顯微鏡、掃描電鏡、XRD、透射電鏡研究了合金化后Nb-Si合金的凝固組織演化及晶體結構；利用定量圖像分析軟件分析了合金化后固溶體的體積分數(shù)和尺寸變化；通過Gleeble-1500熱模擬機、萬能材料試驗機和顯微硬度計測試了合金化、熱處理后材料力學性能變化。
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2、b-18Si為共晶，Nbss的中值直徑在1.5μm左右，Nbss的體積分數(shù)為37％；Nb-16Si為亞共晶，由初生Nbss與Nbss+Nb3Si共晶組成；熱處理后，部分Nb3Si相發(fā)生共析轉變，但轉變速度慢；室溫壓縮下，上述合金均發(fā)生正向斷裂，沒有明顯的塑性變形，且Nb-16Si合金中的初生Nbss發(fā)生穿晶解理斷裂，其抗壓強度大于Nb-18Si合金。
　　Nb-18Si-xTi為過共晶，初生相為Nb3Si，Ti含量不少于20at.

3、%時，合金凝固過程中產(chǎn)生Nbss+γ-Nb5Si3共晶，Nbss的中值直徑增大明顯，而體積分數(shù)隨著Ti含量的增加而增大；Nb-16Si-xTi為亞共晶，Nb-16Si-30Ti產(chǎn)生Nbss+γ-Nb5Si3共晶組織；熱處理后，部分Nb3Si相發(fā)生共析轉變，但轉變速度慢；室溫壓縮下，合金發(fā)生假塑性斷裂，沒有明顯的塑性變形，由于初生Nb3Si相的存在，合金的抗壓強度得到極大的提高。
　　Nb-18Si-xZr為共晶，在Zr含量不少于3

4、at.%時，合金中產(chǎn)生Nbss+β-Nb5Si3共晶；Nbss的中值直徑較Nb-18Si有所減小，不到1μm，且隨著Zr含量的增加而增大；Nbss的體積分數(shù)隨著Zr含量的增加而增大；熱處理后后，Nb3Si相發(fā)生共析轉變；隨著Zr含量的增加，合金共析轉變明顯。合金硬度在合金化后有所下降。
　　Nb-18Si-16Ti-xZr為過共晶，且初生Nb3Si相的體積分數(shù)隨著Zr含量的增加而減小，而Nbss+β-Nb5Si3共晶體積分數(shù)增大；

5、電弧熔煉態(tài)合金中的Nb3Si發(fā)生部分共析轉變，形成較好的Nbss+α-Nb5Si3片層組織；而共晶Nbss+β-Nb5Si3在熱處理后，組織變化不大。
　　Nb-18Si-16Ti-xHf為過共晶，合金中Nbss+γ-Nb5Si3共晶的體積分數(shù)隨著Hf含量的增加而增大，但當Hf含量為11at.%時，合金中產(chǎn)生Nb3Si+Nb5Si3共晶。在1523K保溫10h后，部分Nb3Si相都是以晶界的Nb5Si3作為形核襯底發(fā)生共析轉變，其

6、中Nb-18Si-16Ti-5Hf合金形成片層Nbss+Nb5Si3組織，而其他合金則形成粗大的Nb5Si3相。
　　Nb-16Si-18Ti-xB合金發(fā)生L→Nbss+α-Nb5Si3共晶轉變，不生成Nbss+Nb3Si共晶。Nbss的中值直徑和體積分數(shù)都呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢，其中Nb-16Si-18Ti-1B合金中Nbss的中值直徑和體積分數(shù)最大，分別達到3.71μm和55%。當B含量達到3at.%時，合金中出現(xiàn)初生α-N

7、b5Si3相；而Nb-18Si-16Ti-1B合金中產(chǎn)生了初生Nb3Si相，爾后發(fā)生L→α-Nb5Si3+Nbss共晶轉變。Nbss+α-Nb5Si3共晶在1523K保溫10h后仍具有較好的組織高溫穩(wěn)定性。室溫壓縮下，合金發(fā)生假塑性斷裂，有一定的塑性變形，Nb-16Si-18Ti-1B合金的強度最大，達到2322MPa。合金在1473K高溫下速率為2×10-3/s壓縮，材料的熱塑性得到較好的改善，尤其以Nb-16Si-18Ti-1B合金