合金元素Hf, Sn, Ta, Zr, Dy和Ho对Nb-Nb5Si3合金组织和力学性能的影响*

doi:10.11900/0412.1961.2014.00477

金属学报

2015, Vol. 51

Issue (7): 815-827 DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00477

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合金元素Hf, Sn, Ta, Zr, Dy和Ho对Nb-Nb₅Si₃合金组织和力学性能的影响^*

郭建亭(

),周兰章,田玉新,侯介山,李谷松

EFFECT OF Hf, Sn, Ta, Zr, Dy AND Ho ON MICRO- STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF Nb-Nb₅Si₃ ALLOY

Jianting GUO(

),Lanzhang ZHOU,Yuxin TIAN,Jieshan HOU,Gusong LI

Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016

引用本文:

郭建亭,周兰章,田玉新,侯介山,李谷松. 合金元素Hf, Sn, Ta, Zr, Dy和Ho对Nb-Nb₅Si₃合金组织和力学性能的影响^*[J]. 金属学报, 2015, 51(7): 815-827.
Jianting GUO, Lanzhang ZHOU, Yuxin TIAN, Jieshan HOU, Gusong LI. EFFECT OF Hf, Sn, Ta, Zr, Dy AND Ho ON MICRO- STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF Nb-Nb₅Si₃ ALLOY[J]. Acta Metall Sin, 2015, 51(7): 815-827.

全文: PDF(12836 KB) HTML

摘要:

综合评述了作者几年来先后完成的Hf含量对Ni-16Si, Hf和Sn对Ni-20Ti-5Cr-3Al-18Si, Zr含量对Ni-22Ti-16Si, Ta含量对Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al和稀土元素Dy和Ho对Ni-23Ti-10Ta-2Cr-18Si和Ni-22Ti-16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf等合金组织结构和力学性能影响的研究工作. 合金元素Hf, Zr, Sn+Hf, Ta, Dy和Ho加入Nb-Si二元系或多元系合金, 明显提高其室温和高温屈服强度和塑性以及断裂韧性. 强度的提高与合金元素的固溶强化有关, 塑性、韧性的改善与组织的细化和超过临界尺寸的固溶体(Nb, Ti)ss颗粒增多等因素有关.

关键词 ： Nb₅Si₃, 合金元素, 组织, 力学性能

Abstract：

This paper reviews the research works of effects of elements on the microstructure and mechanical properties of Nb-Si alloys conducted by the authors in recent years, including effect of Hf on Ni-16Si, Hf and Sn on Ni-20Ti-5Cr-3Al-18Si, Zr on Ni-22Ti-16Si, Ta on Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al, and rare earth elements Dy and Ho on Ni-23Ti-10Ta-2Cr-18Si and Ni-22Ti-16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf, respectively. The addition of elements Hf, Zr, Sn+Hf, Ta, Dy and Ho in Nb-Si binary system and multi-component system enhances room and high temperature strength, plasticity and fracture toughness obviously. The enhancement of strength is related with the solution strengthening of elements, and the improvement of plasticity and ductility is related with the fining of microstructure and the increase of particles which exceed the critical size of (Nb, Ti)ss.

Key words： Nb₅Si₃ alloy element microstructure mechanical property

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图1 不同Hf含量的Nb-16Si合金的BSE像[10]

表1 不同Hf含量Nb-16Si合金相的化学成分[10]

图2 Hf含量对Nb-16Si合金室温断裂韧性的影响[10]

图3 Nb-16Si-1Hf合金的裂纹扩展路线形貌[10]

图4 几种合金的BSE像[1]

图5 富Hf 白色相的形貌及沿g-(Nb, Ti)5Si3相[112ˉ3] 晶带轴的选区电子衍射花样[1]

表2 A, B和C合金中相的化学成分[1]

表3 A, B和C合金的室温压缩性能[1]

图6 不同Ta含量的Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al合金的BSE像[13]

表4 不同Ta含量Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al合金中各相的成分[13]

图7 Ta含量对Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al合金室温压缩强度和断裂应变的影响[13]

图8 不同Ta含量Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al合金在1000 ℃的压缩屈服强度[13]

图9 不同Zr含量的Nb-22Ti-16Si合金的BSE像[11]

表5 不同Zr含量Nb-22Ti-16Si合金各组成相的化学成分[12]

图10 含3%Zr的Nb-22Ti-16Si合金中g-Nb5Si3的明场像和选区电子衍射谱[11]

图11 (Nb, Ti)ss/g-(Nb, Ti)5Si3界面的HRTEM像[20]

图12 Zr含量对Nb-22Ti-16Si合金室温压缩性能的影响[11]

表6 Zr含量对Nb-22Ti-16Si组织相显微硬度的影响[11]

图13 不同Zr含量Nb-22Ti-16Si合金的室温压缩断口形貌[12]

图14 Nb-23Ti-10Ta-2Cr-18Si-xDy合金的BSE像[13]

表7 2种合金各组成相的化学成分[13]

图15 Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf-0.1Ho合金的BSE像[17]

图16 a-(Nb, Ti)5Si3/(Nb, Ti)ss层片的TEM明场像[20]

图17 0.1%Dy 合金中穿过2相界面的EDS线扫描图[13]

表8 Nb-23Ti-10Ta-2Cr-18Si-xDy (x=0, 0.1)合金的压缩性能[14]

图18 不同Ho含量Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf合金的力学性能[15]

图19 Nb-22Ti-16Si-7Cr-3Al-3Ta-2Hf-0.1Ho合金横截面和纵截面的BSE像[19]

图20 普通铸造(CC)和定向凝固(DS)合金在1623 K的压缩真应力-真应变曲线[19]

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