合金元素Fe、Ti对Laves相TaCr2合金组织与力学性能的影响

摘要

Laves相TaCr2金属间化合物熔点高、密度适中，同时兼具优异的高温抗氧化性、高温强度和良好的蠕变抗力，由此有望替代镍基高温合金而成为理想的航空发动机用新型高温候选结构材料之一，但其室温脆性很大，难以加工成形，严重阻碍了它的实际应用，因此，降低Laves相TaCr2的室温脆性，改善室温塑性和韧性是将来其实用化的关键因素。
　　本文采用机械合金化(MA25h)+热压烧结工艺(1350℃×1h)制备合金试样，并通过利用SEM、XRD等手段研究了Fe、Ti对Laves相TaCr2微观组织与室温力学性能的影响及TaCrFeTi-X高熵合金组织与力学性能探索。
　　研究结果表明，TaCr2、TaCr2-10Fe、TaCr2-20Fe、TaCr2-30Fe、TaCr2-35Fe(原子百分比)混合粉末经过MA25h后，平均晶粒尺寸都到纳米级(3.17~34.17nm)，且并未有金属间化合物合成，球磨粉经1350℃×1h热压烧结可制备出高致密度合金。随着Fe含量的增加，合金试样的致密度也随之增加，当Fe含量在30at.％以上时合金致密度大于99%，接近全致密，添加Fe元素后合金组织更为均匀。Fe会抑制合金中C15结构的Laves TaCr2生成，且Fe会占据Laves相TaCr2中Cr的位置。五种成分的TaCr2-Fe合金中35at.%Fe是较佳添加量，TaCr2-35Fe合金具有相对较佳的室温力学性能，其维氏硬度为7.13GPa，断裂韧性5.448MPa?m1/2，抗压强度为1719MPa，添加Fe元素对TaCr2合金的具有良好的增韧效果。
　　TaCr2、TaCr2-10Ti、TaCr2-20Ti、TaCr2-30Ti、TaCr2-35Ti混合粉末经过MA25h后，平均晶粒尺寸都到纳米级(34.17~66.36nm)，且未有金属间化合物合成，球磨粉经1350℃×1h热压烧结可制备出高致密度合金，且随着Ti含量的增加致密度也随之增加，TaCr2-30Ti、TaCr2-35Ti合金致密度大于99%接近全致密，Ti的添加会抑制合金中C14结构Laves TaCr2合成，且Ti会替代部分Laves相TaCr2中Ta的位置。五种成分的TaCr2-Ti合金中30at.%Ti是较佳添加量，TaCr2-30Ti合金具有相对较佳的室温力学性能其维氏硬度为9.76GPa，断裂韧性4.663MPa?m1/2，抗压强度为1518.8MPa，添加Ti元素对TaCr2合金的具有良好的增韧效果，但增韧效果不及Fe的增韧效果。
　　TaCrFeTi、TaCrFeTiNi、TaCrFeTiMo、TaCrFeTiNb混合粉末经MA25h后各混合粉末的平均晶粒尺寸达纳米级(18.53~33.99nm)，且未有金属间化合物合成，球磨粉经1350℃×1h热压烧结可制备出高致密度合金，四种合金致密度均大于99%，接近全致密。TaCrFeTi合金及添加Ni、Mo、Nb合金元素后形成的五元等摩尔比高熵合金的组成相并不是单一、简单的固溶体，而是以金属间化合物Laves相为主。四种合金中室温综合力学性能较好的是TaCrFeTiNb合金，其维氏硬度为8.72GPa，断裂韧性6.47MPa?m1/2，抗压强度为1562.9MPa。

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 Laves相TaCr2金属间化合物简介

1.3 Laves相TaCr2合金增韧研究现状

1.4 本课题研究目的及其主要内容

第二章 实验过程与方法

2.1 实验材料与设备

2.2 技术路线

2.3 材料的制备工艺

2.4 试样组织与力学性能分析

第三章 添加Fe对Laves相TaCr2合金组织与性能的研究

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 添加Ti对Laves相TaCr2合金组织与性能的研究

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第五章TaCrFeTi-X高熵合金组织与性能的研究

5.1 引言

5.2 实验方法

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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