铌基高强合金的微观组织和力学性能.pdf

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HotWorkingTechnology2013，Vo1．42，No．4铌基高强合金的微观组织和力学性能王东辉，郑欣，夏明星，白润，蔡小梅，王峰，李中奎(西北有色金属研究院，陕西西安710016)摘要：按预定成分制备Nb．Ta．W．Zr预合金坯条，经二次真空电子束熔炼、大变形量锻造开坯加工成合金棒材。用扫描电镜、Olympus光学显微镜、万能电子拉伸试验机和真空高温拉伸试验机对该合金的微观组织和力学性能进行研究。结果表明：该合金是固溶强化和第二相沉淀强化共同作用的高强铌合金，在1300℃仍有较高的强度和塑性。关键词：铌基高强合金；固溶强化；弥散强化；碳化物；力学性能中图分类号：TG146．4文献标识码：A文章编号：1001-3814(2013)04—0040-03MicrostructureandMechanicalPropertiesofHigh—strengthNiobiumAlloyWANGDonghui，ZHENGXin，XIAMingxing，BAIRun，CAIXiaomei，WANGFeng，LIZhongkui(NorthwestInstituteforNonferrousMetalResearch，Xi’an710016，China)Abstract：Nb-Ta-W-Zrpre-alloybilletwasprocessedaccordingtopredeterminedcomposition．Thealloybarswereobtainedbysecondaryvacuumelectronbeammeltinganddeformationforgingcogging．Byscanningelectronmicroscopy，olympusopticalmicroscope，universalelectronictensiletestingmachineandvacuumhightemperaturetensiletestingmachine，themicrostructureandmechanicalpropertiesofthealloywerestudied．Theresultsshowthat：thehigh—strengthniobiumalloyisthecombinationoftheefectofsolidsolutionstrengtheningandsecondphaseprecipitationstrengthening，whichstillhashigllstrengthandductilityat1300℃．Keywords：highstrengthNb—alloy；solidsolutionstrengthening；dispersionstrengthening；carbide；mechanicalproperties铌合金是难熔金属中密度最小的合金，具有高1．2～1．9％Zr)配制比合金粉末，并根据zr的成分在熔点、较高的高温强度、良好的室温加工性能、焊接预合金的烧结过程中加入适量C，通过调整过C系性和耐蚀性、无放射性的特点[】-2]。目前，广泛应用的数，来控制烧结条中第二相的生成；配好的粉末在三C．103、Nb521等都属于中、低强铌合金，这些合金已向型混料桶中混合20~24h，在200MPa的压力下不能满足航空航天高速发展对结构材料耐高温、耐冷等静压制成15mmxl5mmx400mm的坯条：最后冲刷、高塑性的要求。从高温比强度、密度和塑一脆性以1800～2300℃的烧结温度在真空烧结炉中烧结，转变温度几个方面来考虑，新型Nb．Ta．W．Zr高强铌保温时间4～5h。随炉冷却。合金是最有希望成为航天承载结构件的备选材料。制备的Nb—Ta．W．Z卜C预合金条，经过2次真合金化是难熔金属的主要强化方法。加入合金空电子束熔炼后．采用大变形量锻造开坯将铸锭加元素一般有三个目的：一是强化合金；二是提高合金工成thl3mm的实验用棒材。的抗氧化性；三是改善合金的加工工艺性能【。新型采用JSM一6460扫描电镜对第二相形貌、分布Nb．Ta—W—Zr高强铌合金中添加元素主要起到了固进行了观察：采用OxfordINCAEnergy能谱仪对第溶强化和第二相弥散强化的作用。鉴于此，本文研二相成分进行了测定；采用OlympusPMG3型光学究了Nb．Ta．W—Zr高温合金强化方法及其微观组织显微镜对棒材拉伸断口进行观察；合金材料的室温与力学性能。拉伸性能在Instron—l185万能电子拉伸试验机上测定：高温力学性能测试系统试验机用于测定材料在1实验材料与方法1300℃的高温拉伸性能。实验按设计成分(25．5～27．5％Ta，9．5～12％W，2结果与讨论收稿13期：2012—08—202．1合金材料的微观组织作者简介：王东辉(1978一)，男，陕西西安人，工程师，硕士，主要研究方向2．1．1预合金条的微观组织为难熔金属合金及其加工工艺I电话：029—86231082；E-mail：wdh7899@163．corn图1是制备的Nb—Ta．W．Zr—C预合金条的微观 HotWorkingTechnology2013，Vo1．42，No．4表1室温拉伸性能对比表2合金1300℃时的高温拉伸性能Tab．1ComparisonoftensilepropertiesofdiferentTab．2Hightemperaturetensilepropertiesofalloysamplesatroomtemperaturesat1300℃R／MPaR口／MPaA(％)Z(％)状态R／MPaRp／MPaA(％)Z(％)E／GPa64248426．5551450℃退火1238l6930．665．5107Nb．Ta．W．Zr64246827．555l450℃退火224317733．866．9l1l合金62947529．5601500℃退火326117924_361．411763047832．5591500℃退火441．5322．83476．8W元素对基体进行固溶强化，通过合金中的Nb、再结晶棒材Nb521合金44031540Zr、C元素形成的C化物的细小、均匀地分布对基体46633534再结晶板材进行弥散强化，使合金拥有室温和高温下均很优异C一103合金428．9295．325再结晶板材的性能，使高强度Nb—Ta—W-Zr合金成为航天承载强化源来自2个方面：一是由Ta、W等合金元素和结构件最有希望的备选材料。间隙元素C产生的固溶强化：另一个则是弥散分布的碳化物粒子产生的沉淀强化及其相关的细晶强参考文献：化。Nb—Ta．W．Zr合金中Ta、W含量都较Nb521合[1]郑欣，白润，王东辉，等．航天航空用难熔金属材料的研究进金和C一103合金要高出许多，因此形成的固溶强化效展[J]．稀有金属材料与工程，201l，(10)：1871—1875．果也要大得多。另外，Nb．Ta—W—Zr合金的C含量达到[2]王东辉，郑欣，李中奎，等．Nb-W-Mo—Zr-C高温合金的时效强化[J]．稀有金属材料与工程，2008，(4)：618．0．25％～0．4％．比Nb521的0．02％～0．07％的C含量[3]郑欣，陈绍楷，李中奎，等．Nb—W-Mo—Zr-C高温合金中第二丰H也高出了1个数量级，其形成的第二相C化物颗粒的形成演化与力学性能【稀有金属，2009，(1)：1-5．也比Nb521多出许多倍，弥散强化效果非常突出。[4]宋桂明，王玉金，周玉，等．ZrCP／W复合材料组织结构与室2。2．2高温力学性能温力学性能[J]．稀有金属材料与工程，2001，(6)：449．451．表2列出了Nb—Ta．w．Zr合金在1300℃时的高[5]BorisonkoVA，KharchenkoVK，BukhanovskyVV．温拉伸性能。可看出，在高温下，该合金保持了高Izvestiyaa1(a2demiinauk．mechanicalpropertiesof强度、高塑性的优点。Nb2W2Mo2Zrnibiumalloyovcrabroadtemperaturerange【J】_StrengthofMaterials．Metally，1996，28(6)：491—495．3结论[6]赵明汉，张继，冯滁．高温合金断口分析图谱[M]．北京：冶高强度Nb．Ta．W-Zr合金通过加入大量的Ta、金工业出版社，2006．田42