【摘 要】
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高温合金是航空航天与核工业中制造高温结构件的重要材料。随着工业需要和科学技术的发展,在发动机和核设备等领域,需要具有更高性能的材料。Ta基合金在高温下具有显著的高温强度,但Ta基合金在高温下的抗氧化性能限制了其应用。设计多元合金以提高其力学性能和抗氧化性成为目前研究的方向。本文采用放电等离子烧结方法,制备Ta-Nb-Ti三元合金以及Ta-Nb-Ti-Al（Cr）四元合金,对三元合金和四元合金的相组
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高温合金是航空航天与核工业中制造高温结构件的重要材料。随着工业需要和科学技术的发展,在发动机和核设备等领域,需要具有更高性能的材料。Ta基合金在高温下具有显著的高温强度,但Ta基合金在高温下的抗氧化性能限制了其应用。设计多元合金以提高其力学性能和抗氧化性成为目前研究的方向。本文采用放电等离子烧结方法,制备Ta-Nb-Ti三元合金以及Ta-Nb-Ti-Al（Cr）四元合金,对三元合金和四元合金的相组成、微观结构、压缩性能进行研究。采用循环氧化法对合金的氧化行为进行研究。在此基础上,对合金进行热处理。对比热处理前后合金的压缩力学性能和抗氧化行为,得到以下结果:（1）在1600℃下制备出了致密且均为BCC结构的三元、四元合金。Al的添加使合金的塑性降低,强度增加,总延伸率由33.7%降低至9.8%,抗拉强度由1649 Mpa增加至1732 Mpa。（2）合金在900℃和1000℃的氧化实验表明,三元合金的氧化动力学呈直线变化。Cr添加对合金抗氧化性改善效果不明显,氧化动力学曲线为直线规律。三元合金中Nb元素偏聚严重,添加Cr的合金内部存在Cr和Nb元素的偏聚,在氧化过程中,生成的Nb2O5使得氧化层中形成了毁灭性的断裂与裂纹,降低了三元合金和添加Cr的合金的抗氧化性。（3）热处理后四元合金的压缩力学性能和抗氧化性能提升显著。添加Al的合金的抗拉强度由1732 Mpa增加至1886 Mpa,添加Cr的合金的抗拉强度由1650 Mpa增加至2069 Mpa。添加Cr的合金屈服强度和抗拉强度比添加Al的合金要高。（4）添加Cr元素合金的氧化动力学曲线不再是直线规律,而添加Al元素合金的氧化动力学曲线趋近于抛物线规律。热处理后三元合金中Nb元素分布均匀,改善了添加Cr的合金内部Cr和Nb元素的偏聚,提升其抗氧化性。本研究的结果表明,在Ta基合金中添加Al,Cr元素可提高合金的抗氧化能力,热处理对Ta-Nb-Ti-Cr合金的性能提升有明显效果。热处理后的Ta-Nb-Ti-Cr合金有较好的力学性能和抗氧化性能。
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