合金元素Ni、Mo、Zr对Laves相NbCr2化合物组织和性能的影响

论文摘要

Laves相NbCr2化合物具有熔点高、密度适中、优良的高温性能及潜在的高温抗氧化和抗腐蚀性能,具有作为高温结构材料应用的潜力,但因室温脆性大而阻碍了其实用化。如何改善Laves相NbCr2的室温脆性是目前材料界研究的热点之一。采用机械合金化（球磨时间为20h,球料比为13:1）和热压（温度和保压时间为1250℃×0.5）的粉末冶金工艺制备试样,利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射及能谱分析等手段,首次系统研究了添加Ni、Mo、Zr单种元素及多种元素合金化对Laves相NbCr2化合物组织和性能的影响。研究结果表明,Nb-Cr-Ni混合粉末球磨20h后,平均晶粒尺寸达到纳米级。电子浓度对NbCr2-Ni化合物的Laves相稳定性有重要影响,C15向C14完全转变时的电子浓度比文献报道值（5.88）要高,大于6.103;Ni的最佳添加量为4.5wt.%,该化合物（NbCr2-4.5wt.%Ni）的致密度为97.79%、维氏硬度为8.67GPa、断裂韧性为6.87 MPa.m1/2、屈服强度为2016MPa、抗压强度为2161MPa、塑性应变为8.21%,增韧机制有细化晶粒、原子替代、固溶强化及裂纹桥接、偏转增韧等。Nb-Cr-Mo混合粉体球磨20h后,平均晶粒尺寸在50-131nm之间,微观应变在1.0587%以内。Mo的最佳添加量为10.8wt.%,该化合物（NbCr2-10.8wt.%Mo）的致密度为93.467%、维氏硬度为10.9GPa、断裂韧性为7.10 MPa.m1/2、屈服强度为2988MPa、抗压强度为3140MPa、塑性应变为8.9%,增韧机制为细化晶粒、原子替代及裂纹桥接、偏转增韧等。Nb-Cr-Zr混合粉体球磨20h后,平均晶粒尺寸在48-75nm之间,微观应变在1.2100%以内,显微维氏硬度较未球磨粉体显著增大。Zr的最佳添加含量为23.4wt.%,该化合物（NbCr2-23.4wt.%Zr）的致密度为94.187%、维氏硬度为9.23GPa、断裂韧性为6.50 MPa.m1/2、屈服强度为1933MPa、抗压强度为1998MPa、塑性应变为6.59%,增韧机制有细化晶粒、原子替代及裂纹桥接、偏转增韧等。对富Cr和富Nb的NbCr2合金系,分别经Ni、Mo、Zr合金化后,由于合金化和软第二相作用,增韧效果比化学配比的NbCr2合金系更好。Nb、Cr粉体添加Ni、Mo、Zr多种合金元素后球磨20h,所得球磨粉的平均晶粒尺寸在100-110nm之间,微观应变在0.4000-0.5500%以内。经Ni和Mo合金化的NbCr2-10.8wt.%Mo-4.5wt.%Ni化合物的增韧效果最好,其致密度、维氏硬度及断裂韧性分别为96.8%、14.82GPa和7.51 MPa.m1/2,屈服强度、抗压强度及塑性应变分别为3109MPa、3508MPa和10.12%,增韧机制有细化晶粒、原子替代及裂纹桥接、偏转增韧等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 2基化合物的合金化研究现状'>1.2 Laves 相NbCr₂基化合物的合金化研究现状
• 2基化合物物理冶金特性的影响'>1.2.1 合金元素对Laves 相NbCr₂基化合物物理冶金特性的影响
• 2基化合物力学性能的影响'>1.2.2 合金元素对Laves 相NbCr₂基化合物力学性能的影响
• 2基化合物的研究现状'>1.3 粉末冶金制备Laves 相NbCr₂基化合物的研究现状
• 2基化合物合金化研究中存在的问题'>1.4 Laves 相NbCr₂基化合物合金化研究中存在的问题
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第2章 实验过程及方法
• 2.1 材料制备工艺
• 2.1.1 机械合金化
• 2.1.2 热压烧结
• 2.2 微观组织分析方法
• 2.2.1 粉末分析
• 2.2.2 热压试样分析
• 2.3 块体材料的性能测试
• 2化合物组织和性能的影响'>第3章 添加Ni 对Laves 相NbCr₂化合物组织和性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验结果
• 3.2.1 X 射线衍射结果
• 3.2.2 Nb-Cr-Ni 混合粉末的形貌
• 2-Ni 合金的致密度'>3.2.3 Laves 相NbCr₂-Ni 合金的致密度
• 2-Ni 合金的显微组织'>3.2.4 Laves 相NbCr₂-Ni 合金的显微组织
• 2-Ni 合金的维氏硬度与断裂韧性'>3.2.5 Laves 相NbCr₂-Ni 合金的维氏硬度与断裂韧性
• 2-Ni 合金的室温压缩性能'>3.2.6 Laves 相NbCr₂-Ni 合金的室温压缩性能
• 2基合金力学性能的影响'>3.2.7 添加Ni 对富Cr 和富Nb 的Laves 相NbCr₂基合金力学性能的影响
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 Nb-Cr-Ni 混合粉末机械合金化分析
• 2-Ni 化合物Laves 相稳定性的影响'>3.3.2 电子浓度对NbCr₂-Ni 化合物Laves 相稳定性的影响
• 2化合物力学性能的影响'>3.3.3 添加Ni 对Laves 相NbCr₂化合物力学性能的影响
• 3.4 小结
• 2化合物组织和性能的影响'>第4章 添加Mo 对Laves 相NbCr₂化合物组织和性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 粉末机械合金化分析
• 4.2.2 块体材料物相分析
• 2-Mo 合金的致密度'>4.2.3 Laves 相NbCr₂-Mo 合金的致密度
• 2-Mo 合金的显微组织'>4.2.4 Laves 相NbCr₂-Mo 合金的显微组织
• 2-Mo 合金的维氏硬度与断裂韧性'>4.2.5 Laves 相NbCr₂-Mo 合金的维氏硬度与断裂韧性
• 2-Mo 合金的室温压缩性能'>4.2.6 Laves 相NbCr₂-Mo 合金的室温压缩性能
• 2基合金力学性能的影响'>4.2.7 合金元素Mo 对富Cr 和富Nb 的Laves 相NbCr₂基合金力学性能的影响
• 4.3 小结
• 2化合物组织和性能的影响'>第5章 添加Zr 对Laves 相NbCr₂化合物组织和性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验结果与讨论
• 5.2.1 粉末机械合金化分析
• 5.2.2 机械合金化Nb-Cr-Zr 粉末的显微硬度分析
• 5.2.3 块体材料物相分析
• 2-Zr 合金的致密度'>5.2.4 Laves 相NbCr₂-Zr 合金的致密度
• 2-Zr 合金的显微组织'>5.2.5 Laves 相NbCr₂-Zr 合金的显微组织
• 2-Zr 合金的维氏硬度与断裂韧性'>5.2.6 Laves 相NbCr₂-Zr 合金的维氏硬度与断裂韧性
• 2-Zr 合金的室温压缩性能'>5.2.7 Laves 相NbCr₂-Zr 合金的室温压缩性能
• 2基合金力学性能的影响'>5.2.8 添加Zr 对富Cr 和富Nb 的Laves 相NbCr₂基合金力学性能的影响
• 5.3 小结
• 2化合物Ni、Mo、Zr 的多元合金化'>第6章 Laves 相NbCr₂化合物Ni、Mo、Zr 的多元合金化
• 6.1 引言
• 6.2 实验结果及分析
• 6.2.1 粉末机械合金化分析
• 6.2.2 多元合金化后块体材料物相分析
• 6.2.3 多元合金化后块体材料的致密度
• 6.2.4 多元合金化后块体材料的显微组织
• 6.2.5 多元合金化后块体材料的维氏硬度与断裂韧性
• 6.2.6 多元合金化后块体材料的室温压缩性能
• 6.3 小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间取得的成绩