高温热处理对Nb硅化物基超高温合金组织特征的影响

摘要

利用真空自耗电弧熔炼法制备了三种成分的Nb硅化物基超高温合金。利用超高温高真空热处理炉对1＃Nb硅化物基超高温合金进行了热处理，热处理工艺为分别在1300、1350、1400、1450、1500和1550℃保温24小时及在1450℃分别保温12、24、50和100小时。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和透射电镜等仪器分析了电弧熔炼态Nb硅化物基超高温合金的组织特点、组成相及其成分以及热处理后的组织变化规律。 三种成分母合金锭的组织都比较均匀细小，其中2＃和3＃母合金锭的初生相以铌基固溶体为主，而1＃母合金锭的初生相主要为大块的硅化物，在三种母合金锭中都含有大量的共晶组织。Nb硅化物基超高温合金的组织均由铌基固溶体和M<,5>Si<,3>型硅化物组成，其中1＃母合金锭中的硅化物为六方晶系的(Nb,Ti)<,5>Si<,3>，而2＃母合金锭中的硅化物为四方结构的β(Nb,Ti)<,5>Si<,3>。在1＃母合金锭的(Nb,Ti)<,5>Si<,3>和(Nb,Ti)ss相中Nb的含量大于Ti的含量：而在2＃和3＃母合金锭的硅化物和铌基固溶体中Ti含量均高于Nb含量。1＃和2＃母合金锭的铌基固溶体中Nb和Ti的含量之和比较相近，约为86～87at﹪，而硅化物中Nb和Ti的含量之和约为．56at﹪。 经不同温度或不同时间热处理后，初生的大块和板条状硅化物的边界趋于圆润，有逐渐破碎成细小硅化物颗粒的趋势；共晶团中的(Nb,Ti)<,5>Si<,3>片也逐步球化、细化；热处理温度越高或处理时间越长，大块和板条状硅化物的边界越圆润。随着热处理温度的增加或时间的延长，残留的初生大块硅化物逐渐减少，在1550℃/24h或1450℃/100h热处理后，残留的共晶组织已很少。经不同温度或不同时间热处理后，合金中没有新相出现，仍然由(Nb,Ti)ss和六方结构的(Nb,Ti)<,5>Si<,3>组成；与电弧熔炼态的相比，二者的晶格常数均减小。合金化元素Al和Cr在铌基固溶体和硅化物中的分配比随着热处理温度的增高或时间的延长而降低，而Hf在两者中的分配比有增加的趋势。经过不同温度或不同时间热处理后，颗粒状硅化物中的Ti含量增加了约3at﹪，而Nb含量减少；但大块硅化物中Ti含量基本没有变化。从热处理后的组织变化规律来看，1450℃/24h是Nb硅化物基超高温合金比较合理的热处理制度。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2合金化对Nb硅化物基超高温合金组织的影响

1.2.1合金化对Nb硅化物基超高温合金组成相的影响

1.2.2合金化对Nb硅化物基超高温合金组织形貌的影响

1.2.3合金化对Nb硅化物基超高温合金性能的影响

1.3热处理对Nb硅化物基超高温合金组织的影响

1.3.1热处理对Nb硅化物基超高温合金组成相的影响

1.3.2热处理对Nb硅化物基超高温合金成分的影响

1.3.3热处理对Nb硅化物基超高温合金组织形貌的影响

1.3.4热处理对Nb硅化物基超高温合金力学性能的影响

1.4Nb硅化物基超高温合金的常用制备方法

1.4.1真空电弧熔炼法

1.4.2定向凝固法

1.4.3其它方法

1.5选题意义和研究内容

1.5.1选题意义

1.5.2研究内容

1.5.3本文创新点

第二章实验方法

2.1 Nb硅化物基超高温合金的制备

2.1.1 Nb硅化物基超高温合金的成分

2.1.2 Nb硅化物基超高温合金母合金锭的制备

2.2实验设备

2.2.1热处理设备

2.2.2热处理设备的组成及结构

2.2.3热处理工艺

2.3试样的制备

2.3.1热处理前后试样的制备

2.3.2透射电镜分析试样的制备

2.4微观组织观察及分析

2.4.1光学显微分析

2.4.2 X射线衍射分析

2.4.3扫描电镜分析

2.4.4透射电镜分析

2.4.5电子探针分析

第三章Nb硅化物基超高温合金电弧熔炼态组织特征

3.1 Nb硅化物基超高温合金的制备方法及其组织

3.1.1 Nb硅化物基超高温合金的制备方法

3.1.2 Nb硅化物基超高温合金的共晶组织

3.2母合金锭的组织和成分分析

3.3 1#母合金锭的组织特征

3.3.1 1#母合金锭的X射线衍射分析

3.3.2 1#母合金锭的光学金相组织分析

3.3.3 1#母合金锭的能谱成分分析

3.3.4 1#母合金锭组织的透射电子显微分析

3.4 2#母合金锭的组织特征

3.4.1 2#母合金锭的光学金相组织和能谱成分分析

3.4.2 2#母合金锭的透射电子显微分析

3.5 3#母合金锭的组织特征

3.6讨论

3.6.1 Nb硅化物基超高温合金的组织形貌

3.6.2 Nb硅化物基超高温合金的裂纹

3.7本章小结

第四章高温热处理对Nb硅化物基超高温合金组织的影响

4.1热处理温度对组织形貌和组成相的影响

4.1.1 1300℃/24h热处理后的组织

4.1.2 1350 ℃/24h热处理后的组织

4.1.3 1400℃/24h热处理后的组织

4.1.4 1450℃/24h热处理后的组织

4.1.5 1500℃/24h热处理后的组织

4.1.6 1550℃/24h热处理后的组织

4.2热处理温度对相成分的影响

4.2.1合金化元素的固溶倾向性

4.2.2电子探针分析

4.3热处理时间对组织的影响

4.3.1 1450℃/12h热处理后的组织

4.3.2 1450℃/50h热处理后的组织

4.3.3 1450℃/100h热处理后的组织

4.4能谱成分分析

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢