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几种新工艺制备的NiAl-Cr(Mo)共晶合金的组织与机械性能

高强  
【摘要】:长程有序B2结构金属间化合物NiAl由于具有密度低、导热性好、良好的抗高温氧化能力和较好的高温稳定性等优点,成为当前令人瞩目的一类材料,并有希望取代现有的Ni基、Fe基高温合金应用于更高的温度和更恶劣的环境中。但NiAl的室温脆性和高温强度低,阻碍了NiAl及其合金的实际应用。在脆性的NiAl基体中加入难熔的金属相形成共晶合金是改善NiAl合金性能的一种有效的方法。其中,等轴晶或柱状晶NiAl-28Cr-(6-x)Mo-xHf(1≥x≥0.15,原子百分比)共晶合金具有优异的高温强度和蠕变性能,而比重仅比NiAl增加6%,抗氧化性能也与NiAl相当。但存在于NiAl/Cr(Mo)相界的Ni_2AlHf相使相界呈台阶状,这使得合金的室温压缩塑性和韧性降低。本文研究了B、Dy的微合金化和喷铸、吸铸、粉末冶金及喷射沉积等先进的制备工艺对NiAl-Cr(Mo)共晶合金的性能的影响以及其机制。 在真空非自耗炉中分别制备不同B和Dy含量合金的钮扣锭来进行微合金化研究,所有合金锭均在高温箱式电阻炉中进行匀质化退火处理,制度为:1523K/24h,炉冷。快速凝固、粉末冶金和喷射沉积所用的母合金在真空感应炉中熔炼。快速凝固工艺采用喷铸和吸铸两种方法,粉末冶金采用热压预合金粉的方法,喷射沉积采用氩气为雾化气体,对沉积坯进行了1573K/150MPa/3h热等静压处理。 微量B和Dy的加入细化了铸造NiAl-28Cr-5.8Mo-0.2Hf合金的显微组织并偏聚到共晶胞界起到强化晶界的作用。B除了偏聚到共晶胞界外还分布在Cr(Mo)相中,过量B的加入会导致枝晶组织的出现,当B含量达到0.1wt%时,合金的微观组织主要为枝晶组织。Dy则完全偏聚到共晶胞的胞界,在所加入的范围,Dy没有引起枝晶组织的出现。微量B和Dy的加入强化了晶界,使铸造NiAl-28Cr-5.8Mo-0.2Hf合金的室温断裂方式由胞间断裂变为胞内断裂。微量B加入使铸造NiAl-28Cr-5.8Mo-0.2Hf合金的室温压缩塑性提高,高温强度不变。Dy加入量为0.1wt%时,合金的综合压缩性能最佳。合金性能的改善可归结为共晶层片细化及晶界强化。通过对真空感应熔炼NiAl-28Cr-6Mo(含有0.1Dy+0.015B,wt%)和NiAl-28Cr-5.7Mo-0.3Hf普通铸造合金的室温和高温压缩性能的对比表明微量B和Dy在NiAl-Cr(Mo)合金中的作用优于少量Hf的作用。 利用喷铸法和吸铸法两种快速凝固工艺分别制备了NiAl-28Cr-6Mo(含有0.1Dv+0.015B,wt%)和NiAl-28Cr-5.7Mo-0.3Hf两种共晶合金。由于共晶NiAl-Cr(Mo)合金的固液区间狭窄,其喷铸的成形性较差,吸铸能促进液态金属的流动从而改善


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