合金化对laves相nbcrlt2gt合金组织与性能的影响研究

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1、摘要Laves相NbCr2是一种具有拓扑密排结构的金属间化合物，其优异的高温强度和高温蠕变阻力，使得它具有作为耐温1200℃以上高温结构材料应用的潜力。但该合金严重的室温脆性阻碍了这种应用潜力的实现。如何改善NbCr2的室温脆性是目前的研究热点之一。本文采用机械合金化＋热压的粉末冶金工艺来制备合金试样，利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射及能谱分析等手段，研究了添加Ti、V、Fe合金元素对Laves相NbCr2基化合物组织和性能的影响。研究结果表明，Nb-Cr-Ti（V，Fe）混合粉末球磨20h后，未

2、能合成出Laves相，而在随后的热压过程中通过固相热反应合成出了Laves相。合金元素Ti对Laves相NbCr2有较好的增韧效果，Ti能够固溶到NbCr2中，形成Laves相(Nb，Ti)Cr2，并置换出部分Nb固溶体。当Ti含量≤12.0%时（质量百分比，下同），随着Ti含量增多，NbCr2-Ti复合材料的断裂韧性也逐步增加。Ti含量为12.0%的NbCr2-Ti合金具有最佳的综合性能，NbCr2-12.0Ti合金的致密度1/2为98.07%，维氏硬度为6.468GPa，断裂韧性为6.64MPa.

3、m，屈服强度为2027MPa，抗压强度为2085MPa，塑性应变为6.30％，其组织分布均匀，平均晶粒尺寸在亚微米级内。合金元素V能够固溶到NbCr2中，形成Laves相(Nb，V)Cr2，并置换出部分Cr固溶体；同时，当添加V的含量≥8.0%时，有利于稳定Laves相C15晶体结构。V含量为4.0%的NbCr2-V合金具有最佳的综合性能，NbCr2-4.0V合金的致密度为1/297.20%，维氏硬度为7.094GPa，断裂韧性为4.36MPa.m，抗压强度为1798MPa，其组织分布均匀，平均晶粒尺

4、寸在亚微米级内。合金元素Fe加入NbCr2中后，生成了σ相Fe-Cr，同时当Fe的含量≥12.0%时，有利于稳定Laves相NbCr2的C14、C36晶体结构。NbCr2-Fe复合材料均有较高的致密度、维氏硬度。Fe含量为4.0%的NbCr2-Fe合金具有最佳的综合性能，NbCr2-4.0Fe化合物的致密度为97.65%，维氏硬度为7.448GPa，断裂韧性为1/23.43MPa.m，抗压强度为1561MPa，其组织均匀，平均晶粒尺寸在亚微米级内。对富Cr和富Nb的Cr-Nb-Ti,Cr-Nb-V,C

5、r-Nb-Fe合金系，除富Cr的Cr-NbCr2-12.0Ti复合材料没有产生增韧效果外，其余的由于软第二相作用，增韧效果均分别比NbCr2-Ti,NbCr2-V,NbCr2-Fe合金系更好。关键词：Laves相NbCr2基合金，合金化，组织与性能，机械合金化，热压IAbstractLavesphaseNbCr2isanintermetalliccompoundwithtopologicallyclosed-packedstructure.Itsexcellentstrengthandcreepres

6、istanceatelevatedtemperaturerevealsitspotentialasahigh-temperaturestructuralmaterialsapplicationabove1200℃.However,thisappliedpotentialisretardedbyitsseverebrittleatroomtemperature.HowtoimprovethebrittlenessofLavesphaseNbCr2atroomtemperatureisoneoftheho

7、tpointsinmaterialscience.Thesampleswerepreparedbymechanicalalloying(themillingtimeis20h)andhot-pressing(thehot-pressingtemperatureis1250℃andthehot-pressingtimeis0.5h).TheeffectsofTi,VandFeonmicrostructureandpropertiesofNbCr2-basedLavesphasecompoundswere

8、investigatedwithopticalmicroscope,SEM,XRDandEDS.TheresultsofNb-Cr-Ti(V,Fe)powdersmilledfor20hindicateLavesphasecannotbesynthesizedduringthehighenergyballmilling,andLavesphasecanbesynthesizedduringthehotpressingprocessbysolidphase