超高温Nb-Ti-Si合金的组织和压缩性能的研究

论文摘要

本论文对新型Nb-Ti-Si基超高温合金的微观组织结构及断裂韧性进行了系统的研究,采用真空熔炼的方法制备样品。对热处理后的样品进行能谱、XRD分析以及压缩性能测试,得到的主要结论如下:X射线衍射和能谱分析表明,铸态合金的主要相包括:（Nb、Ti）ss、Nb5Si3。其中（Nb、Ti）ss固溶体相作为合金的基体具有良好的韧性,Nb5Si3相大多以网状形态富集在共晶组织中。经过不同温度热处理后Nb5Si3相的形态发生演化,从铸态网状→片层状→块状。热处理过程中有TiC析出,在相同的热处理温度（1150℃）下,随着保温时间的延长（24h-48h）TiC相的形态发生了变化,从小颗粒状到块状,表明随保温时间的延长TiC小颗粒相互连接长大并粗化,TiC呈颗粒状分布时有利于提高合金的强度及塑性变形能力。室温压缩测试结果显示,合金经过热处理后压缩变形能力对应变速率的变化不敏感,对比不同热处理后合金的压缩应力-应变曲线可以看出1050℃/24h+ 1150℃/24h这种热处理制度是最优的。合金在高温下的压缩变形应力-应变曲线显示,变形前期曲线的形状基本相似,在压缩应力达到一个峰值后,曲线出现了不同程度的抖动,表明合金在变形后期,在内部缺陷处萌生裂纹,并伴随不同程度的流变应力软化现象,说明合金在高温压缩情况下组织结构不稳定,导致其压缩变形能力随着压缩温度的提高,出现了不同程度的波动现象。室温压缩宏观断口观察显示,受压缩应力的影响,试样内部存在大量的次生裂纹,变形前期次生裂纹相互搭接形成主裂纹通道。在经历了一定的塑性变形后,主裂纹沿与应力轴呈45°方向或与应力轴平行方向扩展直至断裂。室温压缩微观断口观察显示,经过热处理后合金的压缩断裂具有解理和韧性断裂的复合特征。经历高温压缩变形后,晶粒的形态发生变化,沿与压缩应力平行的方向拉长,由于铌基体中韧性相的存在,观察到了大量的半园形裂纹。合金高温压缩断裂对内部气孔缺陷较敏感,气孔成为高温压缩断裂的主要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 高温合金研究现状
• 1.2.1 Nb-Si 系金属间化合物的晶体结构和性能
• 1.2.3 合金元素对Nb-Ti-Si 的影响
• 1.2.4 热处理对Nb-Ti-Si 超高温合金组织的影响
• 1.2.5 铌合金的制备
• 1.3 Nb-Si 基共晶自生复合材料的性能
• 1.3.1 共晶自生复合材料的断裂韧性
• 1.4 铌合金的未来发展趋势
• 1.5 选题意义及研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 材料的设计、制备和分析方法
• 2.1 材料的设计
• 2.2 合金的制备
• 2.3 热处理制度
• 2.4 微观组织分析
• 2.4.1 扫描电镜分析
• 2.4.2 X 射线衍射分析
• 2.5 压缩性能测试
• 2.6 电解萃取合金中的微量相
• 第3章 热处理对Nb-Ti-Si 基超高温合金组织的影响
• 3.1 热处理温度对组织形貌和组成相的影响
• 3.1.1 铸态的组织
• 3.1.2 热处理的组织和形貌的分析
• 3.2 本章小结
• 第4章 Nb-Ti-Si 基共晶自生复合材料的力学性能测试
• 4.1 Nb-Ti-Si 系金属间化合物的室温压缩强度
• 4.2 Nb-Ti-Si 系金属间化合物的高温压缩强度
• 4.3 本章小结
• 第5章 Nb-Ti-Si 系金属间化合物的压缩断裂特征
• 5.1 室温压缩的宏观断口
• 5.2 室温断裂分析
• 5.3 热模拟压缩后的断口形貌分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 电解萃取合金中微量相
• 6.1 电解合金相
• 6.2 微观组织形貌
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢