NbMoTiVSix难熔高熵合金组织结构及性能研究

来源 :北京有色金属研究总院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:uuuuurzm
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难熔高熵合金具有高熔点的同时兼具高熵合金的特性,表现出优异的高温性能,有望成为新一代高温结构材料。本文以难熔金属Nb-Mo-Ti-V为基础,添加非金属元素Si,采用真空电弧熔炼技术制备了 NbMoTiVSix(x=0,0.25,0.5)三种高熵合金,并对其微观组织、力学性能和氧化性能研究,得出以下结论:(1)NbMoTiV合金为单相BCC结构,晶粒尺寸为200±50μm;NbMoTiVSix(x=0.25,0.5)合金为BCC+M5Si3(M=Nb、Mo、Ti、V)双相结构,BCC固溶体相中富含Mo、Nb、V三种元素,M5Si3相中富含Si、Ti两种元素。随着Si含量的增加,由固溶体单相组织向共晶组织转变。(2)随Si含量的增加,NbMoTiVSix(x=0,0.25,0.5)高熵合金硬度由391.1 HV升高到660.7 HV。抗压强度从1747 MPa升高到2038 MPa,而压缩断裂应变则由30%降低到16%。M5Si3相为硬质相,其含量的增加导致合金抗压强度升高,压缩断裂应变降低。断口形貌观察发现,合金的断裂机制由韧-脆混合断裂向准解理脆性断裂转变。(3)NbMoTiVSix(x=0,0.25,0.5)高熵合金具有优异的高温力学性能,在1000℃,随着Si含量的增加,屈服强度从590 MPa提高到1109 MPa。BCC固溶体相中的大量位错呈不规则分布,位错滑移期间相互缠结、位错钉扎以及大量弥散分布的纳米硅化物颗粒使得合金具有优异的高温强度。(4)NbMoTiVSix(x=0,0.25,0.5)三种高熵合金的氧化动力学曲线大致呈抛物线状,随Si含量的增加合金的氧化速率常数从52.6346 mg2/cm4.h降低到28.8323 mg2/cm4·h,氧化速率常数降低越明显,即合金的抗氧化性能越好。NbMoTiV高熵合金主要的氧化产物为Ti3O5、Nb2O5和NbO2,NbMoTiVSix(x=0.25,0.5)高熵合金氧化产物主要为SiO2、Nb2O5和NbO2。添加Si元素后,由于在基体中Si元素中分布于枝晶间,并且Si元素的氧势最小,生成的SiO2呈网状致密地分布在枝晶间,可以有效的阻碍氧元素的向内扩散,Si的含量越高则阻碍氧向内扩散的通道越多,则合金的抗氧化性越好。
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