zr对mozr合金力学性能与显微组织的影响

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1、氮等杂质原子在晶界的富集及其本征脆性，钼及钼合金烧结后脆性非常明显【．卜81，而采用粉末冶金方法制备的制品一般接近最终形状，难于再进行挤压、锻造、热轧等后续处理来改善脆性。因此，从材质上使钼的性能得以提高是扩大粉末冶金方法在钼制品中的研制与应用的关键。在钼中添加合金元素产生固溶强化及弥散强化是提高钼性能的有效方法【4’9】。其中，Mo．TiL10，11】、Mo．zdl2,13]及TZMtl41合金就是采用微量合金元素产生显著固溶强化的典型代表，它们相比纯Mo在室温、高温力学性能上均取得较明显提高。Zr具有高的熔点，高温下能与

2、钼产生固溶而低温下溶解度很小，能对钼起到显著的固溶强化及弥散强化效果，且Zr在加热时能大量吸收氧、氢、氮等元素，可能是改善烧结钼合金室温脆性的有效途径。我们的前期研究证实【13】，在Mo中添加微量元素Zr(0．06～0．5％，质量分数)使合金室温抗拉强度得以显著提高，提高幅度最高达26％，说明Zr对钼合金的强化效果十分明显。但目前对于高zr含量的Mo．Zr合金材料的研究，国内外尚无相关报道，并对合金烧结行为及强韧化机制尚缺乏系统的研究。据此，本文作者采用粉末冶金方法，制备了微量及高Zr含量Mo．Zr合金，研究Zr对合金室温力

3、学性能与显微组织的影响。1实验按照一定的成分配比，通过在Mo粉中直接添加纯Zr粉，采用高能球磨法分别制备出不同zr含量的Mo．nZr混合粉末(Zr的质量分数分别为0．1％、0．3％、0．5％、1．O％、1．5％、2．0％、3．0％、5．0％)。混合粉末在25t油压机上采用刚模双向压制成3mmx3mm×14mm的工字拉伸样坯，压制压力为350MPa。压坯在氢气保护下进行预烧结，预烧温度为1000℃，保温2h。然后，预烧坯在氢气保护下进行高温烧结，烧结温度1920℃，保温2h。采用阿基米德排水法测定烧结后样品密度，并根据合金理论

4、密度计算其相对密度；采用LJ．3000A型机械式拉力实验机检测样品的室温拉伸性能；采用JSM．5600LV型扫描电镜观察断121形貌，并采用EDS能谱仪进行选区或定点成分分析；采用MeF3A型金相显微镜对样品进行显微组织观察。2结果与讨论2．1Zr对Mo．Zr合金相对密度的影响图1为合金相对密度与元素Zr添加量的关系曲线。从图中可以看出，添加Zr的合金烧结后接近全致密，且随Zr含量的增加合金相对密度的变化可以分为两个区域：在zr含量较低(<2．0％)的区域，随Zr含量的增加，合金相对密度逐渐456降低；继续增加Zr含量(>2

5、．O％)，合金相对密度显著回升。图lZr添加量对合金相对密度的影响Fig．1EffectofadditionamountofZronrelativedensityofMo-Zralloyzr原子的半径比Mo原子半径大且半径差较大，Zr的溶入必然造成Mo晶格点阵畸变严重，结构稳定性降低，因而Zr在Mo中的溶解度十分有限，在1300。C以上才发生明显扩散【l】。高温烧结阶段，zr开始缓慢进入Mo基体。虽然根据Mo．Zr合金相图，烧结温度下Zr在Mo中有足够的固溶度，但受扩散动力学的限制大部分Zr仍以液相存在，并逐渐吸附坯体中的氧

6、在烧结后形成氧化物二次相粒子。后面的能谱分析证明了这一结论，即烧结后Zr在Mo中的溶解度很小且固溶成分分布不均匀，而二次相粒子中具有较高的氧含量(如图5)。根据文献，烧结后合金晶界处的孔隙与预烧坯氧含量成正比【l51，因而添加的Zr越多，聚集在晶界的氧化物粒子越多，烧结后合金的孔隙度就越高。另一方面，在烧结过程中，晶界可越过部分小的液相颗粒迁移，烧结后在晶粒内部形成弥散分布的二次相粒子，造成基体晶格膨胀：加之，zr添加量较少时，产生液相量较少，且部分Zr吸收坯体中氧在表面形成氧化物壳层，流动性变差，不足以完全填充固相颗粒间的

7、空隙，因此，少量Zr的添加反而造成合金烧结后致密度小幅下降。然而，当合金中的zr含量增加到一定程度后(>2．0％)，高温烧结时产生的液相量大幅增多，液相烧结作用急剧上升，在颗粒间孔隙中液相所形成的毛细管力及液相本身的粘性流动和表面张力作用下，固相颗粒调整位置、重新分布以达到最紧密的排布。因此，添加高Zr含量的Mo-Zr合金，其相对密度显著回升。2．2Zr对Mo．Zr合金室温力学性能的影响图2所示为添加不同zr含量的样品在1920。C烧结1200℃真空处理后的室温抗拉强度曲线。从图中可以看出，添加元素Zr后合金室温抗拉强度相比

8、于纯Mo(350MPa)显著提高。在Zr含量较少时，随Zr添加量的增加，合金强度先急剧升高而后下降，在高Zr含量区域(>2．O％)，合金强度又急剧回升。Zr添加量为3．0％时，合金强度最高，达603MPa，较纯Mo提高了72．4％。／。、．’*．{f．．，t图2Zr添加量对合金室温抗拉强度