粉末冶金制備Nb-W難熔合金的高溫氧化與壓縮變形行為.pdf

1、本文采用機(jī)械合金化與真空熱壓燒結(jié)相結(jié)合的技術(shù)制備了Nb-xW(x=10、20、30wt.％)、Nb-28.5W-5Cr、Nb-27W-10Cr和Nb-27W-10Si難熔合金,利用三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)研究了Nb-W合金機(jī)械合金化過程中球磨時(shí)間,球料比和固液比等球磨參數(shù)對(duì)混合粉體質(zhì)量的影響,制定了Nb-W、Nb-W-Cr和Nb-W-Si合金熱壓燒結(jié)工藝,采用燒結(jié)-鍛造短流程工藝成形了Nb-W合金前緣模擬件,并對(duì)熱壓后的組織和室溫力學(xué)性能進(jìn)

2、行了研究,探討了Nb-W合金的高溫氧化行為以及合金化元素Cr和Si對(duì)其氧化行為和室溫力學(xué)性能的影響,考察了Nb-W合金高溫壓縮變形行為,并建立了Nb-W合金的熱加工圖。
　　機(jī)械合金化研究結(jié)果表明,球磨粉末的顆粒尺寸主要由固液比控制,而雜質(zhì)Fe含量則主要受球料比和球磨時(shí)間的影響,三個(gè)球磨參數(shù)綜合作用著粉體的細(xì)化及形貌演變過程。球磨過程中,粉體發(fā)生了合金化,由粗粉的Nb(W)ss和W(Fe)ss逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)粉的Nb(W,Fe)ss和

3、W(Fe)ss,最終轉(zhuǎn)化成W(Nb,Fe)ss和Fe2Nb。綜合考慮以上因素確定制備Nb-W復(fù)合粉體最優(yōu)的球磨參數(shù)為:球磨時(shí)間為24h,球料比為10:1,固液比為1:0.2。
　　分別在1800℃、1700℃、1600℃溫度下,施加30MPa壓力,保溫90min制備了致密的Nb-W、Nb-W-Si和Nb-W-Cr合金,合金的組織分別為單相Nbss,Nbss+Wss+Nb5Si3+Nb3Si和Nbss+NbCr2。Nb-W合金的維氏

4、硬度和彎曲強(qiáng)度隨著W含量的增加逐漸增高,而室溫?cái)嗔秧g性先升高而后降低,綜合考慮W含量對(duì)室溫力學(xué)性能的影響,確定Nb-W合金中最佳W含量為30wt.%。在Nb-30W合金中分別添加Cr、Si元素后,合金的維氏硬度升高,而彎曲強(qiáng)度和室溫?cái)嗔秧g性降低,這是添加合金元素后合金中分別出現(xiàn)的硬脆NbCr2和Nb5Si3、Nb3Si導(dǎo)致的。采用燒結(jié)-鍛造短流程工藝在1800℃條件下成形了Nb-30W合金前緣模擬件,零件成形質(zhì)量好,內(nèi)部組織致密,其室溫

5、力學(xué)性能與熱壓的Nb-30W合金相同。
　　Nb-W合金在1000℃恒溫氧化時(shí),Nb-10W合金氧化膜從基體剝離,而Nb-20W和Nb-30W合金不同程度的出現(xiàn)了“粉化”氧化現(xiàn)象,均體現(xiàn)了較弱的抗氧化性能。1300℃恒溫氧化結(jié)果表明,隨著W含量的增加,Nb-W合金的氧化增重逐漸降低,抗氧化性能提高,但三個(gè)成分Nb-W合金氧化膜均與基體不同程度分離,不能作為抗氧化材料使用。在Nb-30W合金中分別添加10wt%的Cr、Si后,由于氧

6、化膜中出現(xiàn)了CrNbO4和SiO2保護(hù)相,1000℃氧化時(shí)未出現(xiàn)“粉化”氧化現(xiàn)象,1300℃氧化時(shí)氧化膜致密且與基體結(jié)合良好,抗氧化性能得到改善;添加5wt.%Cr后,1000℃亦未出現(xiàn)“粉化”氧化,但其組織在1300℃時(shí)已由兩相Nbss和NbCr2轉(zhuǎn)變成單相Nbss,抗氧性能下降。
　　分別在1000℃、1300℃、1400℃、1500℃和1600℃進(jìn)行Nb-W合金高溫壓縮變形,研究了其在不同應(yīng)變速率0.001s-1,0.01s