zr对铁基合金高温抗氧化性的影响及相关相平衡研究

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1、学校代码10530学号201510131332分类号TG113密级公开硕士学位论文Zr对铁基合金高温抗氧化性的影响及相关相平衡研究学位申请人周翔指导教师赵满秀教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向材料学二零一八年六月EffectofZrontheOxidationResistanceofFe-basedalloysandRelatedPhaseEquilibriumCandidateXiangZhouSupervisorProf.ManxiuZhaoCollegeSchool

2、ofMaterialsScienceandEngineeringProgramMaterialScienceandEngineeringSpecializationMaterialsScienceDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune2018摘要摘要铁基高温合金因其性能优良且价格低廉被广泛应用于高温服役环境中，高温抗氧化性能较低是影响铁基高温合金服役寿命的关键因素之一。添加合金元素是目前世界上应用最广泛的提高合金性

3、能的方法。Zr是高温合金中常加的合金元素，其主要作用是提高合金的抗氧化性和塑性。Si能提高合金的抗高温氧化性在学术界已达成共识。稀土元素Y不仅能净化合金而且能提高其抗氧化性等其它性能。本论文围绕Zr对铁基合金的高温抗氧化性及相关相平衡展开了研究，实验测定了Zr-Si-Y三元系900℃等温截面相关系，研究了Zr对铁基合金高温抗氧化性的影响。研究结果为新型高温抗氧化铁基合金的设计和开发提供了相关实验数据，具有较强的指导意义和一定的应用价值。运用平衡合金法实验测定了Zr-Si-Y三元系900℃等温截面相

4、关系。该等温截面共存在10个三相区，实验确定了9个三相区，它们分别是：Zr+Y+Zr2Si，Y+Zr2Si+Y5Si3，Zr3Si2+Zr2Si+Y5Si3，Y5Si3+Y5Si4+Zr5Si4，ZrSi+Zr5Si4+Y5Si4，ZrSi+YSi+Y5Si4，YSi+Y3Si5+ZrSi，ZrSi+ZrSi2+Y3Si5和Si+Y3Si5+ZrSi2。Zr在Y，Y5Si3，Y5Si4，YSi和Y3Si5中的最大溶解度分别为：2.2at.%，5.0at.%，4.1at.%，4.8at.%和2.9a

5、t.%。Y在Zr，Si，Zr2Si，Zr3Si2，Zr5Si4和ZrSi中的最大溶解度分别为：0.2at.%，1.9at.%，4.4at.%，5.1at.%，3.3at.%和3.4at.%。Si在Y中的最大溶解度为4.1at.%。Y在ZrSi2中的溶解度极其有限。采用恒温氧化法研究了Zr对铁基合金高温抗氧化性的影响。设计了4组合金Fe-3Si-mZr(m=0,0.5,1,2)。研究表明：Zr元素的加入明显提高了Fe-3Si合金在900℃空气中的抗氧化性，其中Fe-3Si-1Zr合金抗氧化性最佳。四

6、组合金的氧化速率顺序为：Fe-3Si>Fe-3Si-0.5Zr>Fe-3Si-2Zr>Fe-3Si-1Zr。Zr元素的加入，细化了Fe-3Si合金基体组织和氧化物的晶粒，使合金和氧化膜内晶界数量增加，提高了合金内各元素的扩散速率，促进了SiO2和ZrO2等活性元素氧化膜的生成，从而提高了合金的抗氧化性。四个合金的氧化动力学曲线均符合抛物线变化规律。关键词：平衡合金法；Zr-Si-Y；相平衡；铁基合金；抗氧化性IAbstractAbstractIron-basedsuperalloysarewide

7、lyusedinhigh-temperatureserviceenvironmentsduetotheirexcellentperformanceandlowcost.Thelowoxidationresistanceisoneofthekeyfactorsaffectingtheservicelifeofiron-basesuperalloys.Theadditionofalloyingelementsisanimportantmethodforimprovingthematerialprope

8、rtiesintheworld.Zrisafrequentlyalloyingelementinhigh-temperaturealloys.Itsmainfunctionistoincreasetheoxidationresistanceandplasticityofthealloy.TherehasbeenaconsensusSicanimprovethehightemperatureoxidationresistanceofthealloy.RareearthelementY