粉末冶金法制備Nb-Si難熔合金及其組織演變與性能研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TB35學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：669.015138密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文工學(xué)博士學(xué)位論文粉末冶金法制備NbSi難熔合金及其組織演變與性能研究博士研究生：王曉麗導(dǎo)師：張凱鋒副導(dǎo)師王國峰申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：材料加工工程所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2011年06月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要NbSi難熔合金的顯微組織通常包含鈮基固溶體(Nbss)和鈮硅化物(Nb5Si3Nb3Si)，由

2、于其高熔點(diǎn)、低密度和良好的高溫強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，成為極具潛力的滿足新一代航空發(fā)動機(jī)需求的高溫結(jié)構(gòu)材料。但目前廣泛應(yīng)用真空電弧熔煉等鑄造方法制備的NbSi難熔合金因組織粗大和成分偏析等缺陷影響其性能，并且金屬間化合物的本征脆性也阻礙了NbSi難熔合金作為高溫結(jié)構(gòu)材料的實際應(yīng)用。本文采用機(jī)械合金化真空熱壓燒結(jié)相結(jié)合的粉末冶金方法制備了NbSi二元難熔合金以及不同Ti、Fe含量的NbSi多元難熔合金(Si含量16at.%)，并通過粉末鍛造短流程技術(shù)

3、成形了發(fā)動機(jī)推力室模擬件，研究了機(jī)械合金化過程中不同混合粉末系統(tǒng)的組織形貌變化以及在不同狀態(tài)球磨粉末和熱壓燒結(jié)參數(shù)下NbSi難熔合金的顯微組織演變和力學(xué)性能，分析了NbSi二元合金以及含合金化元素Ti、Fe合金的強(qiáng)韌化機(jī)制，考察了材料的高溫壓縮變形行為以及變形后的顯微組織。對Nb16Si二元和Nb16Si18Ti三元粉末系統(tǒng)機(jī)械合金化的研究結(jié)果表明無水乙醇用量、初始Nb粉末粒度以及Ti粉末的加入均影響球磨進(jìn)程。球磨過程中，Nb顆粒經(jīng)塑性

4、變形成片狀而后在加工硬化作用下逐漸細(xì)化成絮狀，Si逐漸固溶到Nb的晶格中形成過飽和固溶體。過量的無水乙醇推遲了球磨進(jìn)程，而過長時間的球磨導(dǎo)致介質(zhì)污染的引入而形成富Fe的另一種鈮基固溶體。Ti的低密度使得同質(zhì)量的粉末體積較大，在相同的球磨參數(shù)下三元粉末系統(tǒng)的球磨進(jìn)程明顯慢于二元粉末。采用真空熱壓燒結(jié)法制備了Nb16Si二元難熔合金，分析了燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間和球磨粉末狀態(tài)對燒結(jié)材料的顯微組織演變及力學(xué)性能的影響。在1500C下保溫60min

5、得到了致密度超過99.2%的燒結(jié)材料，合金由Nbss、Nb3Si和Nb5Si3三相組成，大量孔隙導(dǎo)致低溫?zé)Y(jié)材料的力學(xué)性能較差。隨球磨時間的延長熱壓燒結(jié)材料的顯微組織逐漸細(xì)化為平均顆粒尺寸僅2m左右的近等軸狀，Nbss體積分?jǐn)?shù)減少，大尺寸和高含量的韌性相能夠有效改善材料的室溫脆性，由此室溫斷裂韌性降低而彎曲強(qiáng)度增加。在1600C下采用粉末鍛造技術(shù)一次成形了NbSi難熔合金推力室模擬件，零件具有良好的力學(xué)性能和與燒結(jié)材料相似的等軸狀組織，