超細晶Nb-Si-Fe難熔合金制備及超塑性.pdf

1、Nb具有高熔點(2468℃)和良好的室溫塑性及韌性，Nb-Si系難熔合金有寬的Nb5Si3和Nbss(鈮固溶體)兩相區(qū)，可通過共晶和共析反應制備難熔合金。由韌性較好的Nb和Nb-Si金屬間化合物組成的難熔合金被認為是最有開發(fā)應用前景的下一代超高溫結構材料。
　　真空電弧熔煉-鑄造法是制備Nb-Si系難熔合金常用的方法，所得材料的鑄態(tài)組織一般由樹枝狀的初生Nb和(Nb+Nb3Si)組成。由于Nb3Si處于亞平衡態(tài)，因此鑄態(tài)材料常要進

2、行1800℃/100h的熱處理。而且，為了消除材料中的鑄造缺陷，熱處理后還要進行熱擠壓處理。
　　由于機械合金化減小了擴散路徑和增加了自由能，很容易制備均勻分布的超細晶材料。在本文中機械合金化作為關鍵的工藝用來制備Nb-Si-Fe系超細晶難熔合金。到目前為止，幾乎沒有關于機械合金化+熱壓燒結制備Nb-Si系難熔合金的報道。本文通過機械合金化+熱壓燒結制備Nb-xSi-2Fe(x=3,6,10,16)多相難熔合金并研究其室溫和高溫力

3、學性能。令人感興趣的是發(fā)現(xiàn)Nb-16Si-2Fe難熔合金具有優(yōu)異的超塑性，迄今為止，在Nb-Si系難熔合金中還未見報道。
　　采用機械合金化方法制備了具有良好燒結性能的Nb-Si-Fe復合粉末。分析了球磨時間、球磨速度、無水乙醇含量對粉末形貌和顆粒大小的影響。轉速為250rpm，球磨30h后Nb-16Si-2F混合粉末平均顆粒尺寸為0.3μm，部分顆粒尺寸小于100nm，主要由Nb、Fe、Nb5Si3相和亞穩(wěn)態(tài)的Nb3Si相組成。

4、
　　采用真空熱壓燒結工藝制備了Nb-Si-Fe難熔合金。結果表明，在1500℃保溫1h，壓力為25MPa條件下燒結的的Nb-Si-2Fe難熔合金相對密度為99.6％。Nb-xSi-2Fe難熔合金均由Nbss、Nb4Fe3Si5、Nb3Si和Nb5Si3相組成。晶界輪廓清晰，晶粒幾乎呈等軸狀，平均晶粒尺寸大約為3μm；金屬間化合物顆粒主要位于Nb晶粒交界處，少量細小的金屬間化合物Nb5Si3分布于Nb晶粒內。
　　1500℃

5、燒結的Nb-Si-Fe系難熔合金表現(xiàn)出良好的室溫力學性能。Nb-16Si-2Fe硬度為11.2GPa，彈性模量為330GPa，Nb-3Si-2Fe斷裂韌性可達到14.6MPa·m1/2左右，Nb4Fe3Si5相有利于改善其斷裂韌性。Si含量不同的Nb-Si-Fe難熔合金在1300℃的抗拉強度為112MPa～237MP，延伸率分別為54%～95%。
　　以初始應變速率2.31×10-4s-1進行拉伸，Nb-16Si-2Fe難熔合金試

6、樣在1350℃、1400℃、1450℃和1500℃的延伸率分別為185％、338％、512％和320%。Nb-16Si-2Fe難熔合金獲得最大延伸率的溫度高于Nb4Fe3Si5固相線溫度91℃，從而生成大量的(體積分數(shù)約為24％)Nb4Fe3Si5液相。超塑變形的機理是Nbss,Nb3Si和Nb5Si3晶界的滑移或轉動，并伴隨Nb4Fe3Si5液相的延伸。在進行高溫拉伸時，Nb-16Si-2Fe難熔合金的多相結構抑制了晶粒的長大。