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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.Oat.%,4.1at.%,4.8at.%和 2.9at.%。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。采用恒温试化法研究了 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。