ZrB2掺杂钼合金的力学性能及其回复与再结晶过程研究

摘要

本文采用粉末冶金技术制备了纯钼及不同ZrB2含量的钼合金棒材。并分别对纯钼及钼合金进行不同温度(800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃)保温1小时的退火处理，分析了退火处理工艺对钼合金显微组织及硬度的影响，确定了ZrB2掺杂钼合金的去应力退火工艺。对去应力退火试样进行了室温拉伸及含缺口三点弯曲试验，分别测试了纯钼及钼合金的强度及韧度，采用扫描电子显微镜观察了拉伸及三点弯曲断口形貌，分析了断裂模式。通过对钼合金微观组织及力学性能研究，分析和讨论了钼合金室温强韧化机制，理论分离计算了细晶强化、颗粒强化、化学强化等各自对钼合金强度的贡献值。还研究了1100℃不同时间(15min、30min、1h、2h、4h、8h)退火处理后钼合金的微观组织、拉伸强度及塑性的变化规律，分析了ZrB2掺杂钼合金的回复和再结晶过程。
　　 ZrB2的掺杂会引起铝合金的物相组成发生了变化，热力学计算证明了高温条件下ZrB2与Mo及残余氧元素之间存在化学反应。透射电子显微镜观察发现了ZrB2掺杂钼合金中存在亚微米级与微米级球状或椭球状颗粒，及少量纳米级球状颗粒，这些第二相颗粒主要是：ZrO2、ZrB2及微量ZrB12、ZrB51和Zr。对纯钼及钼合金微观组织形貌观察发现，ZrB2掺杂铝合金晶粒尺寸不但明显小于纯钼，且随着ZrB2掺杂量的增加，晶粒尺寸愈加细小；同时提高了钼合金的再结晶温度。力学性能研究发现ZrB2的掺杂提高了钼合金的强度，且随着掺杂ZrB2的质量分数的增加，铝合金的强度呈上升趋势，但塑性略有下降；拉伸断口由纯钼的解理断口转变为钼合金的韧窝断口。ZrB2的掺杂还明显提高了钼合金的断裂韧度，尤其ZrB2的质量分数为2.5wt％和3.5wt％时韧度提高明显，约为纯钼的3倍。
　　 系统研究了钼合金的强韧化机制，其研究结果表明钼合金的强化机制主要来源于细晶强化、颗粒弥散强化和化学强化，其中当ZrB2掺杂质量分数小于2.5wt％时以细晶强化为主，大于2.5wt％时以化学强化为主。韧化机制主要来源于细晶韧化、颗粒韧化及相变增韧。ZrB2的掺杂延长了钼合金的回复和再结晶的发生时间，有效阻止了再结晶晶粒长大，同时提高了相同变形量下的再结晶激活能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 钼简介

1．3 钼合金的应用

1．4 钼合金强化机制

1．4．1 固溶强化钼合金

1．4．2 ASK掺杂钼合金

1．4．3 颗粒掺杂强化钼合金

1．5 钼合金回复再结晶行为

1．6 ZrB2及ZrB2/Mo复合材料

1．7 课题来源、目的与意义

2 实验材料及方法

2．1 成分设计及选材

2．2 钼合金棒材的制备工艺

2．2．1 球磨混料

2．2．2 成型烧结

2．2．3 旋煅

2．3 钼棒材的退火工艺

2．3．1 退火温度

2．3．2 回复再结晶退火

2．4 微观组织观察及成分分析

2．4．1 XRD分析

2．4．2 金相(OM)组织观察

2．4．3 扫描电子显微镜(SEM)观察及微区成分分析

2．4．4 透射电子显微镜(TEM)观察

2．5 性能测试

2．5．1 密度测试

2．5．2 维氏硬度测试

2．5．3 室温拉伸实验

2．5．4 室温断裂韧度测试

2．6 研究技术路线

3 微观组织观察与分析

3．1 X射线衍射分析物相

3．2 金相组织观察与分析

3．2．1 烧结态金相组织观察

3．2．2 锻造后金相组织观察

3．2．3 不同温度退火后金相组织观察

3．2．4 去应力退火后的金相组织

3．3 钼合金表面形貌观察及成分分析

3．4 TEM观察与热力学分析

3．4．1 TEM观察结果

3．4．2 热力学分析

4 力学性能及强韧化机制

4．1 维氏硬度测试分析

4．2 室温拉伸试验结果分析

4．2．1 室温拉伸实验结果

4．2．2 拉伸断口形貌

4．3 室温三点弯曲测试分析

4．3．1 室温断裂韧度测试结果

4．3．2 裂纹扩展方式及弯曲断口形貌观察

4．4 二硼化锆掺杂钼合金的强化机制

4．4．1 细晶强化

4．4．2 颗粒强化

4．4．3 化学强化

4．5 二硼化锆掺杂钼合金的韧化机制

4．5．1 细晶韧化

4．5．2 相变增韧

4．5．3 颗粒韧化

5 回复与再结晶行为的研究

5．1 金相组织观察

5．2 力学性能测试

5．2．1 维氏硬度测试分析

5．2．2 室温拉伸试验结果分析

5．2．3 拉伸断口形貌观察

5．3 回复与再结晶机理

5．3．1 回复再结晶过程

5．3．2 再结晶动力学

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文