【摘 要】
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镍基高温合金具有良好的高温强度,抗氧化性,抗腐蚀性能等综合性能,广泛的应用于航空、航天和核电等领域。镍基高温合金主要通过固溶强化和沉淀强化来提高材料的高温强度,但是当服役温度大于1000℃时,γ’相的溶解会降低材料的高温强度,限制了高温合金的使用范围。氧化物弥散强化可进一步提高镍基合金的高温强度。本文采用机械合金化和热等静压烧结方法,制备出ODS-Ni20Cr4.5AlxTiyZr合金。系统的研究
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51871044和51471049）；
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镍基高温合金具有良好的高温强度,抗氧化性,抗腐蚀性能等综合性能,广泛的应用于航空、航天和核电等领域。镍基高温合金主要通过固溶强化和沉淀强化来提高材料的高温强度,但是当服役温度大于1000℃时,γ’相的溶解会降低材料的高温强度,限制了高温合金的使用范围。氧化物弥散强化可进一步提高镍基合金的高温强度。本文采用机械合金化和热等静压烧结方法,制备出ODS-Ni20Cr4.5AlxTiyZr合金。系统的研究了热等静压温度（1100℃/1150℃）和 Ti（Ti=0.5,1.5,2.5wt%）、Zr（Zr=0,0.6,1.2wt%）含量对ODS-NiCrAl合金的微观组织和力学性能的影响。获得主要结论如下:（1）ODS-Ni20Cr4.5A10.5Ti合金经机械合金化后分别在1100℃和1150℃热等静压成形。两种合金中均形成超细晶和纳米晶的混合组织,平均晶粒尺寸分别为0.49 μm和0.54μm,没有明显的差别;1100℃和1150℃热等静压合金中,大尺寸析出相主要是Al2O3、Y4Al2O9,小尺寸的纳米析出相为Y2TiO5。随着温度提高,合金中的析出相尺寸增加,数密度下降;（2）Ti和Zr元素的添加细化了合金的晶粒尺寸。随着Ti元素添加含量的增加（Ti=0.5,1.5,2.5wt%）,合金的平均晶粒尺寸由0.49μm降到0.37 μm,超细晶比例提高,小角度比例由27.4%增加到35.9%;随着Zr元素添加含量的增加（Zr=0,0.6,1.2wt%）,ODS-NiCrAl合金的平均晶粒尺寸由0.49 μm降到0.31 μm,超细晶比例提升,小角度由27.4%上升到39.1%;（3）Ti和Zr元素的添加细化了大尺寸析出相。随着Ti含量增加,大尺寸析出相（主要为 Al2O3、Y4Al2O9）的平均尺寸由 45.0 nm（Ti=0.5%）减小到 38.6 nm（Ti=2.5%）,数密度由2.8×1020 m-3增加到4.2×1020 m-3;随着Zr含量增加,大尺寸析出相的平均尺寸由 45.0 nm（Zr=0%）降低到 30.2 nm（Zr=1.2%）,数密度由 2.8×1020 m-3 增加到 8.6×1020 m-3;（4）Ti和Zr的加入对合金中的纳米析出相也起到了细化作用,析出相的平均尺寸减小,数密度在增加;添加Ti的ODS-NiCrAl合金中纳米析出相主要为Y2TiO5。随着Ti含量增加,纳米析出相的尺寸由13.0 nm（Ti=0.5%）减小到7.4 nm（Ti=2.5%）数密度由1.1 ×1022 m-3增加到7.6×1022 m-3;添加Zr的ODS-NiCrAl合金中,纳米析出相主要为Y4Zr3O12。随着Zr含量增加,纳米析出相的尺寸由13.0 nm（Zr=0%）减小到6.12 nm（Zr=1.2%）,数密度由 1.1×1022 m-3增加到9.9×1022 m-3;（5）合金高温抗拉强度随Ti、Zr元素含量的增加而提高。当Ti元素含量为2.5%时,合金600℃抗拉强度达到507 MPa,700℃抗拉强度下降到328 MPa,但延伸率得到提高;当Zr元素含量为1.2%时,合金在600℃时抗拉强度达到609 MPa,700℃时抗拉强度降低到416 MPa,延伸率增加。
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