Nb基超高温合金母合金锭的制备及定向凝固用坩埚的选择

摘要

Nb基超高温合金具有熔点高、密度低、室温断裂韧性好、高温强度高和高温持久寿命长等优异性能，是目前超高温结构材料研究的热点之一，有望成为新一代航空发动机叶片用超高温金属结构材料。本文设计了Nb基超高温合金的成分体系，并采用真空自耗电弧熔炼法制备了材料的母合金锭。通过光学显微镜、扫描电镜、能谱分析及透射电镜等现代分析技术，对电弧熔炼态的组织、形貌、成分以及相构成进行了分析。对于Nb基超高温合金的整体定向凝固用坩埚进行了选择并进行了实验验证。 扫描电镜及能谱分析表明，新熔炼的Nb基超高温合金的母合金锭比前几次熔炼的母合金锭更接近设计成分，组织均匀并未见有未熔原料颗粒，共晶组织含量增多。X射线衍射分析表明，电弧熔炼态Nb基超高温合金材料的组织由铌基固溶体相(Nbss)和铌的硅化物相(Nb5Si3/Nb3Si)构成，Nb5Si3为有序四方结构，并且得出Nb5Si3相与Nb基固溶体相晶体学位相关系为[010]//[135]。 通过Nb基超高温合金在三高石墨坩埚、石墨基体碳化硅涂层坩埚、石墨基体氧化钇涂层坩埚以及氮化硼坩埚内在1880℃保温30分钟的重熔试验表明，在石墨坩埚内重熔Nb基超高温合金，金属的表面有50μm左右的反应层，反应产物主要是钛和铌的碳化物(Ti，Nb)C，以碳化钛居多，在金属的内部发现有黑色‘十’字状的碳化钛生成。对于石墨基体碳化硅涂层坩埚，由于SiC涂层在1880℃的反应或分解，没有起到很好的阻碳作用，与右墨坩埚的反应情况相差无几。对于石墨基体氧化钇涂层坩埚，由于氧化钇涂层制备工艺的不成熟，氧化钇涂层也没有起到好的阻碳作用。氮化硼坩埚和Nb合金的反应更为剧烈，在合金的表面有大量的反应坑出现，反应层的厚度60μm左右，金属内部有大量的孔洞生成，经分析，氮化硼坩埚的反应产物主要是钛和铌的氮化物。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章新型Nb基超高温合金实验用自行研制设备的安装与调试

第3章Nb基超高温合金母合金锭的制备及其熔化态组织成分分析

3.0实验方法

3.1成分设计

3.2母合金锭的制备

3.3组织和成分分析

3.4 1#铸锭和2#铸锭电弧熔炼态组织分析

3.5透射电镜显微分析

3.6小结

第4章Nb基超高温合金定向凝固用坩埚的制备

第5章不同坩埚与Nb基超高温合金的反应

5.1Nb基超高温合金在1#、2#、3#及4#坩埚内熔炼后的组织形貌分析

5.2石墨坩埚与Nb基超高温合金的反应程度

5.3石墨基体碳化硅涂层坩埚与Nb基超高温合金的反应程度

5.4石墨基体氧化钇涂层坩埚与Nb基超高温合金的反应程度

5.5氮化硼(BN)坩埚与Nb基超高温合金的反应程度

5.6小结

5.7坩埚选用结果的进一步分析及改进措施

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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