nb-ti-si-al四元体系的相平衡研究

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1、分类号:TG1410710-2015131041硕士学位论文Nb-Ti-Si-Al四元体系的相平衡研究尹梦姣导师姓名职称孙志平副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称材料加工工程论文提交日期2018年5月1日论文答辩日期2018年5月25日学位授予单位长安大学StudyonthePhaseEquilibriumofNb-Ti-Si-AlQuaternarySystemAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YinMengjiaoSuperviso

2、r：Asso.Prof.SunZhipingChang’anUniversity,Xi’an,China摘要Nb-Si基合金因其高熔点、低密度、高比强度以及优良的加工性，成为当前极具研究意义的超高温材料；Ti-Al基合金由于其高强度、低密度、高弹性模量以及优良的结构稳定性而引起了广大研究者的关注，同时还发现该合金还具有良好的阻燃性。随着航空动力的迅速发展，航空发动机材料的使用温度越来越高。当前服役的Ni基高温合金的使用温度已然接近其熔点，发展新型的高温结构材料迫在眉睫，合金化是提高材料综合性能的

3、关键技术。在Nb-Si基合金的合金化工作中，Ti、Al是最常出现的元素；在Ti-Al基合金中，Nb、Si是最常添加的合金化元素。相图是合金化研究的重要理论基础，但目前公开的文献中关于Nb-Ti-Si-Al四元体系相平衡信息的报道较少。因此，本论文以Nb-Ti-Si-Al四元合金的相平衡关系为研究对象，通过铸态和几个不同热处理态相关系的分析与总结，为Nb-Ti-Si-Al四元体系相图的发展提供数据参考。本论文选取了Nb-Ti-Si-Al四元体系8个成分的合金，通过真空感应熔炼制备合金锭，再分别进行

4、1000°C/30h、1200°C/25h和1250°C/25h+1450°C/50h的热处理。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射分析、电子背散射衍射技术等对合金的铸态微观组织、1000°C、1200°C和1450°C的相关系进行分析，得到以下结论：（1）Nb-Ti-Si-Al四元8个成分的铸态合金分别位于不同的初生相区，在分析中，未发现新的四元相形成。其中，1#(成分：Nb-20Ti-14Si-16Al)和7#(成分：Nb-12Ti-14Si-36Al)合金来自β-Nb5Si3初生相区。2#(成

5、分：Nb-18Ti-14Si-9Al)、3#(成分：Nb-24Ti-14Si-40Al)、4#(成分：Nb-21Ti-14Si-9Al)、6#(成分：Nb-29Ti-14Si-26Al)合金的初生相均为Nb5Si3。5#合金(成分：Nb-51Ti-14Si-9Al)的初生相为Ti5Si3。以上7个合金的Si含量均为14at.%，这是由于具备该成分Si含量的Nb-Si合金具有适当的金属相和硅化物相比例。各个合金初生相的信息能够为建立液相面投影图和液相-固相平衡奠定基础。（2）Nb-Ti-Si-Al

6、四元合金经过1250°C/25h+1450°C/50h热处理，1#到7#合金已基本达到了合金的平衡状态。在1450°C相平衡分析中没有发现新相，发现了存在于四元空间的Nb5Si3+β-Nb5Si3+TiAl+NbAl3四相平衡、Nb5Si3+Nb3Al+Ti5Si3三相平衡和Ti5Si3+Nb5Si3+TiAl三相平衡；另外，也证实了低元体系平衡到四元空间的扩展，有来自Ti-Si二元体系的BCC+Ti5Si3两相平衡和来自Nb-Si-Al三元体系的BCC+Nb5Si3+Nb3Al三相平衡。以上关

7、键合金的相组成、相成分和各相比例等信息都能I够用于1450°C相平衡的构建。（3）Nb-Ti-Si-Al四元合金经过1000°C/30h和1200°C/25h的热处理，整体而言，合金基本未达到平衡状态，而且部分合金仍保持铸态形貌。这是由于含有Nb的四元合金具有高熔点，需要长时间的处理才能达到平衡。但通过对比铸态的合金以及1250°C/25h+1450°C/50h热处理状态的合金微观组织，能够帮助理解合金从铸态到平衡态的组织演变过程。对于具有高含量Al和Ti的3#合金以及6#合金，在温度和时间的耦

8、合作用下，发生了明显的组织变化，表现在具有不同晶型的化合物的消除或者形成。关键词：Nb-Ti-Si-Al四元系，相平衡，铸态，热处理，微观组织IIAbstractNb-Si-basedalloyshavebecomepromisingcandidatematerialsduetotheirhighmeltingpoints,lowdensities,highspecificstrengthsandexcellentprocessability.Ti-Albasedalloyshaveattrac