轻质化MA/ODS镍基高温合金的力学性能和高温氧化行为研究

摘要

本文首先综述了MA/ODS镍基高温合金的研究现状。在此基础上，采用不同冶金工艺（不同含量微米和纳米Y2O3 添加、MA工艺、模压工艺、烧结工艺和热等静压HIP工艺）制备轻质化MA/ODS镍基高温合金并测试其各项力学性能，分析了各项冶金工艺对合金力学性能、显微组织的影响及其原因，并通过高温氧化实验研究了合金的高温抗氧化性能。微米添加体系中，调整MA工艺能显著促进粉末细化、提高压坯相对密度并改善压坯的烧结性能；调整模压工艺能显著改善压坯表面光洁度、提高压坯相对密度。试样相对密度和抗拉强度均随Y2O3含量提高而下降，含1.5%Y2O3，在1260℃烧结的试样具较佳的综合性能：相对密度达90.9%，抗拉强度达669MPa。提高烧结温度可提高试样相对密度，但液相烧结却可能会导致Y2O3 偏聚，最佳烧结温度在合金粉末熔点附近。纳米添加体系中，合金相对密度随Y2O3含量增加而提高，1260 ℃烧结经HIP 处理后含30%Y2O3、试样的相对密度可达98.5%；热等静压可促进试样致密化。1280℃烧结经HIP处理后含10%Y2O3 试样的显微硬度可达400.8HV，而Y2O3含量低于和超过10%试样的显微硬度均下降；未HIP处理试样的显微硬度随烧结温度升高而下降。抗拉强度随Y2O3含量提高而下降，含5%Y2O3，1260℃烧结试样的抗拉强度可达497MPa（HIP）和470MPa（未HIP）；纳米添加比微米添加合金的抗拉强度有所提高；HIP工艺通过促进试样致密化也可提高其抗拉强度。对1260℃烧结后经HIP处理，不同Y2O3含量的合金进行900℃恒温氧化100h的高温氧化实验，分析其氧化动力学曲线，观察氧化膜的完整性，对比分析氧化膜XRD，阐明氧化膜厚度、致密度、与基体结合紧密度随Y2O3含量变化的关系，并借助多种理论解释了弥散氧化物改善材料高温抗氧化性能的机理；通过与其他两类高温材料的氧化膜截面OM形貌的对比，证实了本合金体系具有优异的高温抗氧化性能。