合金元素Mo、Ti、Fe對Laves相強化Cr-10Ta合金組織與性能的影響.pdf

1、Laves相TaCr2金屬間化合物憑借其良好的高溫力學性能有望作為航空發(fā)動機新型高溫結構材料應用候選材料之一，但因為具有嚴重的室溫脆性阻礙了其實用化進程。在Ta-Cr系合金中，以軟第二相Cr固溶體為基體、Lave s相TaCr2為增強相并添加合適的合金元素有望改善合金室溫脆性，獲得綜合力學性能優(yōu)異的新型高溫合金。
　　本文以Laves相TaCr2強化Cr-10Ta合金作為研究對象，通過機械合金化（MA）+熱壓（HP）粉末冶金技術制

2、備添加合金元素Mo、Ti、Fe的Cr-10Ta合金，通過OM、XRD、SEM、EDS等測試手段較系統(tǒng)地研究了這些合金元素對Cr-10Ta合金組織與性能的影響。
　　研究結果表明，Cr-10Ta、Cr-10Ta-5Mo、Cr-10Ta-10Mo、Cr-10Ta-15Mo和Cr-10Ta-20Mo（原子百分比）等五種成分的Cr、Ta和Mo混合粉末經(jīng)過25h的機械合金化后，粉末的平均晶粒尺寸均達到納米級，約在21.3~93.5nm之間。

3、Cr-10Ta和Cr-10Ta-5Mo合金中的增強相Laves相TaCr2是在室溫下穩(wěn)定的C15結構，而添加15％和20%Mo會使合金中固相合成的的Laves相發(fā)生相轉(zhuǎn)變，形成亞穩(wěn)態(tài)的C14型Laves相TaCr2。Mo在合金中形成三元Laves相(Ta，Mo)Cr2，固溶于Laves相的Mo主要占據(jù)Ta的晶格位置。Mo的較佳添加量為20%， Cr-10Ta-20Mo合金的致密度達到94.6%，接近全致密；維氏硬度為6.89GPa，斷裂

4、韌性大于7.91MPa√m，屈服強度和抗壓強度高達2635MPa和3364MPa，且壓縮應變還達到6.7%，添加Mo取得良好的合金化增韌效果。
　　Cr-10Ta-10Ti、Cr-10Ta-20Ti、Cr-10Ta-30Ti和Cr-10Ta-35Ti等四種成分的Cr、Ta和Ti混合粉末經(jīng)過25h的機械合金化后，粉末的平均晶粒尺寸也達到納米級，約在33.2~90.7nm之間。添加合金元素Ti的這四種三元合金中的Laves相TaCr2

5、均是穩(wěn)定的C15結構，Ti不會使合金中合成的Laves相發(fā)生相轉(zhuǎn)變。Ti在合金中形成三元Laves相(Ta，Ti)Cr2，固溶于Laves相中的Ti主要占據(jù)Ta的晶格位置。隨著Ti含量由10%到35%逐漸增加，合金的維氏硬度不斷提高，當Ti含量增加到35%時，合金的維氏硬度達到最大值10.3GPa，致密度均達到94.2%以上。但斷裂韌性和抗壓強度均隨著Ti含量的增加而大幅度下降，且均沒有呈現(xiàn)出室溫壓縮應變量。Cr-10Ta合金的斷口形貌

6、為沿晶的韌性斷裂，局部出現(xiàn)少量細小韌窩，而添加Ti元素的Cr-10Ta-35Ti合金的斷口形貌則表現(xiàn)為穿晶的脆性斷裂，存在大量塊狀的解理平臺以及許多直徑約為2μm微小空洞，添加合金元素Ti會顯著降低Cr-10Ta合金的塑性。
　　Cr-10Ta-10Fe、Cr-10Ta-20Fe、Cr-10Ta-30Fe和Cr-10Ta-35Fe等四種成分的Cr、Ta和Fe混合粉末經(jīng)過25h的機械合金化后，粉末的平均晶粒尺寸均達到納米級都在22.

7、2-72.2nm之內(nèi)。Cr-10Ta、Cr-10Ta-10Fe以及Cr-10Ta-20Fe合金中的Laves相TaCr2是室溫下穩(wěn)定的C15結構，而添加35%Fe會使合金中生成的Laves相發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成亞穩(wěn)態(tài)的C14型Laves相。Fe的較佳添加量為20%，致密度達到98.3%，維氏硬度為7.14GPa，斷裂韌性大于7.91MPa√m，屈服強度和抗壓強度高達2120MPa和2461MPa，壓縮應變?yōu)?.9%，添加Fe取得了良好的合金化