[發(fā)明專(zhuān)利]一種Nb-Si基多元合金的組織控制制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110412470.5
• 申請(qǐng)日: 2011-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102418025A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈麗娜;張虎;原賽男;蓋京茹;蘇琳芬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C29/18
• 分類(lèi)號(hào): C22C29/18;C22C32/00;B22D27/04;B22D21/06;C22F1/18
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專(zhuān)利事務(wù)所 11121
• 代理人: 李有浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改變Nb-Si基多元合金的組織控制方法，更特別地說(shuō)，是指一種采用非平衡快速定向凝固和熱處理的組合工藝對(duì)Nb-Si基多元合金組織進(jìn)行組織控制的制備方法。

背景技術(shù)

定向凝固(directional?solidification)是一種利用合金凝固時(shí)晶粒沿?zé)崃飨喾捶较蛏L(zhǎng)的原理，控制熱流方向，使鑄件沿規(guī)定方向結(jié)晶的鑄造技術(shù)。

隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，對(duì)新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比提出了更高要求，而發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高強(qiáng)烈依賴于渦輪葉片材料。目前使用的渦輪葉片材料是鎳基合金和鈷基合金，其最高工作溫度約為1150℃，該溫度已經(jīng)接近其熔點(diǎn)的85％，進(jìn)一步提高合金工作溫度的成本高、提升幅度小。因此，迫切需要研制一種新型超高溫、綜合性能優(yōu)良的合金。Nb-Si基合金因其密度低、熔點(diǎn)高、高溫強(qiáng)度優(yōu)良等特點(diǎn)被廣泛關(guān)注。

在2011年6月第28卷第3期《復(fù)合材料學(xué)報(bào)》中公開(kāi)了“高鉻Nb-Si金屬間化合物基復(fù)合材料的定向凝固組織”。文中介紹了采用液態(tài)金屬冷卻定向凝固技術(shù)制備了高鉻Nb-Si金屬間化合物基復(fù)合材料，分析了不同熔化溫度和凝固速度下復(fù)合材料的相組成及組織特征。結(jié)果表明：Nb-22Ti-17Cr-16Si-2Al-2Hf(原子分?jǐn)?shù))合金相組成為Nbss、α-Nb₅Si₃、Laves相NbCr₂和少量的(Nbss+Nb₅Si₃)共晶，定向凝固沒(méi)有改變復(fù)合材料的相組成。熔化溫度為1550℃時(shí)，Nbss相呈顆粒狀，Nb₅Si₃相呈隨機(jī)分布的塊狀或短板條狀；隨著熔化溫度的提高，Nbss轉(zhuǎn)變?yōu)橹钋已剌S向定向生長(zhǎng)，Nb₅Si₃相轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢ǘㄏ蛐Ч拈L(zhǎng)板條狀。隨著凝固速度的增大，組織明顯細(xì)化且定向效果增強(qiáng)，凝固速度為18mm/min時(shí)，Nb₅Si₃呈定向效果良好的細(xì)長(zhǎng)條狀。

目前綜合性能較好的Nb-Si基合金為在Nb-Si-Ti-Cr-Al-Hf六元合金基礎(chǔ)上添加B，V，Sn，Y等強(qiáng)化、韌化或抗氧化元素構(gòu)成的多元合金，其組成相通常包括固溶體相(Nb_ss)、硅化物相(Nb₅Si₃/Nb₃Si)和Laves相Cr₂Nb，該合金依靠固溶體相(Nb_ss)室溫增韌，硅化物相(Nb₅Si₃/Nb₃Si)高溫增強(qiáng)，通過(guò)添加Cr形成Cr₂Nb相或固溶在Nb_ss相中而改善高溫抗氧化性能，可以作為在1150～1400℃范圍內(nèi)使用的高溫結(jié)構(gòu)材料。但是采用真空電弧熔煉、感應(yīng)熔煉、光懸浮區(qū)熔定向凝固等常規(guī)工藝制備N(xiāo)b-Si基合金的組織粗大，具體體現(xiàn)在Nb₅Si₃和Cr₂Nb相呈現(xiàn)出棱角分明的大塊狀或板條狀，而且后續(xù)熱處理無(wú)法使常規(guī)工藝制備N(xiāo)b-Si基合金組織中的大塊硅化物和Laves相徹底破碎、尺寸變小，這會(huì)在后續(xù)變形或使用過(guò)程中引起應(yīng)力集中成為裂紋源，顯著降低材料的室溫塑性和延性。因此，如何控制Nb-Si基合金中Nb₅Si₃和Cr₂Nb相形貌和尺寸成為解決室溫塑性和韌性間題的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種采用非平衡快速定向凝固和熱處理的組合工藝對(duì)Nb-Si基多元合金組織進(jìn)行組織控制的制備方法，該方法通過(guò)有效控制Nb-Si基多元合金的組織形貌，獲得細(xì)小、均勻且致密的微觀組織，使韌性固溶體相(Nb_ss)為基體，硅化物相Nb₅Si₃成蠕蟲(chóng)狀均勻分布在基體上，Laves相Cr₂Nb成顆粒狀均勻分布在基體上或固溶于基體之中。