Nb-Si基共晶自生復合材料的定向凝固組織特征及性能.pdf

1、本文設計了Nb-Si基共晶自生復合材料的成分體系，并采用真空自耗電弧熔煉法制備了材料的母合金錠。利用電子束區(qū)域熔煉高溫度梯度定向凝固裝置制備了定向效果較好的Nb-Si基自生復合材料試棒。對比分析了電弧熔煉態(tài)和定向凝固態(tài)試樣的組織特征，并對定向凝固區(qū)熔速度和組織之間的對應規(guī)律進行了研究。探討了電子束區(qū)熔定向凝固抽拉速度對高溫瞬時拉伸性能和室溫斷裂韌性的影響。利用自行研制的高溫拉伸氧化爐對母合金材料進行了高溫氧化實驗，分析了材料的氧化組織及

2、高溫氧化動力學。 X射線衍射分析表明，電弧熔煉態(tài)Nb-Si基共晶自生復合材料的組織由鈮基固溶體相Nbss和鈮的硅化物相α-Nb5Si3/Nb3Si構成。同電弧熔煉態(tài)合金相比，材料在經(jīng)過電子束區(qū)域熔煉之后，其組織為定向排列的初生Nbss枝晶和(Nbss+Nb5Si3/Nb3Si)共晶團。Nbss枝晶的側枝生長較弱，甚至消失。(Nbss+Nb5Si3/Nb3Si)共晶團在試樣生長方向上較連續(xù)。隨著R的增大，初生Nbss枝晶的相對含量

3、減少。另外，各狀態(tài)下的鈮硅化物主要為α-Nb5Si3。 在1250℃進行瞬時拉伸，結果表明，電弧熔煉態(tài)和定向凝固態(tài)試樣的失效形式均為韌性斷裂。經(jīng)過電子束區(qū)熔之后，材料的最高抗拉強度達到了85.OMPa，是電弧熔煉態(tài)試樣的2.6倍。三點彎曲試驗表明，定向凝固后試樣的室溫斷裂韌性也得到了明顯的提高，KQ最高達到了19.7MPam1/2。 在950℃和1050℃下氧化后，Nb-Si基共晶自生復合材料的外氧化膜均隨著氧化時間的延

4、長而變厚。材料的內(nèi)外氧化層的區(qū)別十分明顯：內(nèi)氧化層組織比較致密，上面有一些針狀氧化物；外氧化層組織較粗大，分布著垂直于內(nèi)外氧化層界面方向的柱狀氧化物。1050℃時的氧化產(chǎn)物有TiO2、2TiO2·5Nb2O5(Ti2Nb10O29)和TiO2·Nb2O5(TiNb2O7)，而在950℃氧化時還出現(xiàn)了Nb2O5。內(nèi)氧化層中還有部分未被氧化的Nb5Si3。Nb-Si基共晶自生復合材料在950和1050℃時的氧化動力學遵循拋物線規(guī)律。