氧化物顆粒增強Pt-20Rh合金焊接組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、鉑及其合金具有卓越的耐蝕性、抗高溫蠕變性，且熔點高、成形性好，既是性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料，也是功能獨特的功能材料，是目前唯一能在大氣中使用到1800℃的材料，是硝酸制備等工業(yè)流程中必不可少的催化材料。鉑及其合金在汽車、電子電氣、化學(xué)、石油化工、玻璃制造、航空航天、軍工、首飾等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的，甚至是不可替代的作用。金屬鉑在高溫下晶粒會急劇長大，高溫持久強度降低，無法滿足玻璃纖維拉絲成型漏板、平板顯示玻璃成型通道、硝酸制備工業(yè)催化網(wǎng)等鉑制品在

2、耐高溫、耐腐蝕、形狀尺寸穩(wěn)定性等方面的使用要求，通過固溶強化、氧化物顆粒增強則可使合金性能得到大幅度改善。漏板、通道、催化網(wǎng)、熱電偶、首飾等鉑制品成型中大多涉及到大量的焊接加工，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣對制品性能、壽命影響很大，研究鉑及其合金尤其是固溶、彌散強化等主流強化手段制備的鉑合金的焊接組織及性能具有重要的科學(xué)價值和工程應(yīng)用價值。
　　本研究通過向鉑銠合金中添加不同量的 Zr、Y元素，經(jīng)合金熔煉、粉末制備、內(nèi)氧化、燒結(jié)鍛壓、軋制成型等

3、步驟得到彌散強化Pt-20Rh薄板，運用手工氬弧焊焊接薄板，研究不同含量彌散強化相Pt-Rh合金焊接組織與力學(xué)性能。研究結(jié)果表明，合金中的彌散強化相為 Zr、Y的氧化物顆粒。軋制態(tài) Pt-20Rh合金金相腐蝕非常困難，常規(guī)電解腐蝕效果欠佳，在50-60℃下沸騰的王水中腐蝕15-30min，可得到較為清晰的金相圖片，具體腐蝕時間與溫度依合金成分及組織而定。Pt-20Rh-xZr-0.015Y合金薄板鎢極氬弧焊可獲得表面光滑、內(nèi)外均無缺陷的

4、焊縫，在焊縫表面形成一層由氧化物顆粒浮現(xiàn)形成的黑色薄層，氧化物薄層覆蓋面積隨Zr添加量的增加而增大。軋制態(tài)合金在1150℃/20min退火后合金組織出現(xiàn)回復(fù)和少量再結(jié)晶，TD-ND平面分布著絲狀的軋制態(tài)原始晶粒、扁平的及點狀的再結(jié)晶晶粒。Zr添加量增加，會形成更多的氧化物顆粒，產(chǎn)生釘扎晶界阻礙晶粒長大的效果，使合金晶粒變細(xì)，再結(jié)晶晶粒體積百分?jǐn)?shù)減少，再結(jié)晶晶粒細(xì)化。焊接過程中接頭（焊核區(qū)）WNZ發(fā)生了重熔，中心區(qū)域為粗大的等軸晶，靠近（

5、融合區(qū)） TMAZ區(qū)域為粗大的柱狀晶，（熱影響區(qū)）HAZ發(fā)生了回復(fù)、再結(jié)晶和部分晶粒長大，不同Zr含量的鉑銠合金平均晶粒尺寸在5.6μm-12μm之間，未添加強化元素未經(jīng)過粉末冶金的Pt-20Rh合金晶粒尺寸為40.3μm，TMAZ沒有明顯的熔合線。Pt-20Rh-0.3Zr-0.015Y合金焊縫區(qū) RD-TD平面晶?；疽院缚p中心為對稱軸對稱分布，兩熔合線間均為不同取向的柱狀晶，兩熔合線外為大粒徑等軸晶。Pt-20Rh合金在700-8

6、00℃間發(fā)生了物相變化。Pt-20Rh-xZr-0.015Y合金焊后常溫下拉伸，0.3Zr的合金抗拉強度（σb）、屈服強度（σ0.2）分別為最高值452MPa和222MPa，Zr添加量增加，形成更多氧化物增強相阻礙位錯運動、造成應(yīng)力集中，合金強度提高，延伸率下降，未添加 Zr的合金延伸率（δ）為最大值20.3％。1000℃下，材料原子擴散更加容易，變形機制增多，一些常溫下的強化機制失效，焊接拉伸力學(xué)性能較常溫明顯降低，0.3Zr的合金σ

7、b、σ0.2分別為最高（127MPa，112MPa），未添加 Zr的合金δ為最大值9.0%。Zr增加時，強度和延伸率變化趨勢與常溫下一致。Pt-20Rh-xZr-0.015Y合金常溫拉伸斷面為韌性斷口，包含大量的韌窩，第二相會阻礙位錯運動，引起應(yīng)力集中，成為微空洞源，微空洞聚集長大形成韌窩，當(dāng)Zr含量增加，斷口韌窩數(shù)量增多，深度加深，在韌窩底部出現(xiàn)逐漸增多的質(zhì)點（EDS分析為Zr、Y的氧化物），粉末冶金的合金1000℃拉伸斷口出現(xiàn)沿晶斷

8、裂、撕裂棱等脆性斷裂的特點，韌窩消失，未添加強化元素鑄造后軋制成薄板的Pt-20Rh合金斷面含大量韌窩，為韌性斷口，δ達(dá)到了22%。Pt-20Rh-0.15Zr-xY合金焊縫表面光滑無缺陷。焊縫上表面及下表面靠近熔合線的WNZ均覆蓋由第二相浮現(xiàn)形成的黑色薄層。1150℃/30min退火后，母材區(qū)晶粒發(fā)生了回復(fù)和少量再結(jié)晶，由絲狀原始晶粒、扁平狀或點狀的再結(jié)晶晶粒組成。焊接接頭由焊縫區(qū)中心到母材區(qū)，晶粒變化依次為粗大的等軸晶、長條狀的柱狀

9、晶、較大粒徑再結(jié)晶晶粒、細(xì)小的絲狀或扁平狀的軋制態(tài)晶粒，晶粒尺寸依次減小， HAZ晶粒平均直徑在5.1-7μm之間。不同Y含量合金焊接接頭組織形貌差別較小。Pt-20Rh-0.15Zr-xY焊后常溫下拉伸，未添加Y的合金強度最高，σb、σ0.2分別為413MPa和193MPa，0.05Y的合金δ最好，為13.5%。1000℃下拉伸，未添加Y的合金σb最高（106MPa），0.05Y的合金σ0.2和δ均為最大值（87MPa，6.3%）。不