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Laves相NbCr2是一种具有拓扑密排结构的金属间化合物,其优异的高温强度和高温蠕变阻力,使得它具有作为耐温1200℃以上高温结构材料应用的潜力。但该合金严重的室温脆性阻碍了这种应用潜力的实现。如何改善NbCr2的室温脆性是目前的研究热点之一。
本文采用机械合金化+热压的粉末冶金工艺来制备合金试样,利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射及能谱分析等手段,研究了添加Ti、V、Fe合金元素对Laves相NbCr2基化合物组织和性能的影响。
研究结果表明,Nb-Cr-Ti(V,Fe)混合粉末球磨20h后,未能合成出Laves相,而在随后的热压过程中通过固相热反应合成出了Laves相。
合金元素Ti对Laves相NbCr2有较好的增韧效果,Ti能够固溶到NbCr2中,形成Laves相(Nb,Ti)Cr2,并置换出部分Nb固溶体。当Ti含量≤12.0%时(质量百分比,下同),随着Ti含量增多,NbCr2-Ti复合材料的断裂韧性也逐步增加。Ti含量为12.0%的NbCr2-Ti合金具有最佳的综合性能, NbCr2-12.0Ti合金的致密度为98.07%,维氏硬度为6.468GPa,断裂韧性为6.64 Mpa.m1/2,屈服强度为2027MPa,抗压强度为2085MPa,塑性应变为6.30%,其组织分布均匀,平均晶粒尺寸在亚微米级内。
合金元素V能够固溶到NbCr2中,形成Laves相(Nb,V)Cr2,并置换出部分Cr固溶体;同时,当添加V的含量≥8.0%时,有利于稳定Laves相C15晶体结构。V含量为4.0%的NbCr2-V合金具有最佳的综合性能,NbCr2-4.0V合金的致密度为97.20%,维氏硬度为7.094GPa,断裂韧性为4.36 Mpa.m1/2,抗压强度为1798MPa,其组织分布均匀,平均晶粒尺寸在亚微米级内。
合金元素Fe加入NbCr2中后,生成了σ相Fe-Cr,同时当Fe的含量≥12.0%时,有利于稳定Laves相NbCr2的C14、C36晶体结构。NbCr2-Fe复合材料均有较高的致密度、维氏硬度。Fe含量为4.0%的NbCr2-Fe合金具有最佳的综合性能, NbCr2-4.0Fe化合物的致密度为97.65%,维氏硬度为7.448GPa,断裂韧性为3.43MPa.m1/2,抗压强度为1561MPa,其组织均匀,平均晶粒尺寸在亚微米级内。
对富Cr和富Nb的Cr-Nb-Ti, Cr-Nb-V, Cr-Nb-Fe合金系,除富Cr的Cr-NbCr2-12.0Ti复合材料没有产生增韧效果外,其余的由于软第二相作用,增韧效果均分别比NbCr2-Ti, NbCr2-V, NbCr2-Fe合金系更好。