NiAlV的微共晶組織結(jié)構(gòu)

1、2002年7月材料快報(bào)55（2002）126 131NiAl-V的微共晶組織結(jié)構(gòu)斯?fàn)栒睲ilenkovic*，魯本斯CARAM材料工程，坎皮納斯，PO州立大學(xué)系盒6122，13083-970坎皮納斯，SP，巴西收到的2001年8月20日;接受2001年10月2日摘要該共晶合金的定向凝固（DS）是增強(qiáng)金屬間化合物與原位耐火材料的一個(gè)有意義的概念金屬?？紤]到共晶組織的形態(tài)決定材料的機(jī)械性能，可以增加一個(gè)四元件到NiAl- V系統(tǒng)，主要改變了組織凝固，因此改變其屬性。這項(xiàng)工作的主要目的是確定一種四元件除了對(duì)共晶的形態(tài)的影響。鑄態(tài)和定向凝固的尼爾共晶合金。樣品與各種組合物電弧熔化下在惰性氣氛下以及用布

2、里奇曼型凝固設(shè)施處理。所得到的結(jié)果表明，共晶的形態(tài)可通過(guò)微合金化可以有效地修飾。為層狀、纖維轉(zhuǎn)型的條件進(jìn)行測(cè)定，并暫定的現(xiàn)象觀察給出解釋。2002年Elsevier科學(xué)B.V.保留所有權(quán)利。關(guān)鍵詞：金屬間化合物基復(fù)合材料;組織;共晶;共晶形態(tài)1.簡(jiǎn)介該高溫材料的先進(jìn)能力正在研究并努力改進(jìn)用于先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)單位推力。NiAl合金的中間單晶被視為高溫備選應(yīng)用。B2有序合金體系令人注意的特性是包括更高的熔點(diǎn)溫度，更好的抗氧化性，和降低與傳統(tǒng)的高溫合金的相對(duì)密度。此外，它的高導(dǎo)熱性允許更多發(fā)動(dòng)機(jī)部件進(jìn)行有效的空氣冷卻。荷蘭國(guó)際集團(tuán)補(bǔ)充解決高高溫蠕變強(qiáng)度可通過(guò)合金化提高強(qiáng)化或降水化硬化元素的方案。然而

3、，低溫下耐斷裂性不足是一個(gè)主要的缺點(diǎn)。采取的一個(gè)有效辦法來(lái)提高室溫下NiA l共晶合金的斷裂韌性、脆性間金屬色是通過(guò)在復(fù)合材料的原位發(fā)展通過(guò)定向凝固（DS）的結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)調(diào)查顯示，許多難熔金屬的形成偽二元共晶NiAl金屬，包括鉻，鉬，鈮，鉭，鋯，重新和鎢。然而，很少人已經(jīng)完成對(duì)NiAl V合金系統(tǒng)的研究1,2。目前的研究是在以虛構(gòu)的NiAl- V共晶3的研究，其表明，它是一個(gè)有規(guī)律的晶帶，即層狀形態(tài)。目前已知的加入合金元素，以共晶系統(tǒng)可以改變其微觀結(jié)構(gòu)。對(duì)以往的研究鋁 - 鈮4系統(tǒng)揭示除了第三元素可以有效看到前面物質(zhì)改變層狀結(jié)構(gòu)纖維組織。這種變形慣例是由查德威克討論5中條款憲法的過(guò)冷模型。漢特和

4、奇爾頓6證明了在強(qiáng)制變化生長(zhǎng)方向也導(dǎo)致層狀、纖維狀轉(zhuǎn)錄獲得。斯臺(tái)文7觀察到，加入鎢鈷合金到NiAl金屬 - 鉻形成板狀或片狀微觀結(jié)構(gòu)，而NiAl金屬 - 鉻共晶是纖維。然而，效果沒(méi)有信息季銨元件上加成的微觀結(jié)構(gòu)NiAl V金屬共晶系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)。因此，liter-對(duì)各種元件的溶解度極限數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，以確定要添加的每個(gè)元素的量，目的是避免新的階段形成。如表1所示，所有的元素顯示在NiAl次要的溶解度，而在V單相溶解度的變化，從1至100原子。所以，表現(xiàn)出低和中等溶解度的元素，以及其中，被選擇以研究每種類(lèi)型的行為。這被認(rèn)為是在選擇元素的原子半徑的另一個(gè)因素。每一個(gè)元素添加和溶解成相位影響其晶格參數(shù)。因

5、為所選擇的元素中的溶解度就是在V階段更高，目的是期望增加元素會(huì)影響其晶格參數(shù)，以及隨之而來(lái)的，共晶體之間的晶格失配階段。所述NiAl相的晶格參數(shù)是2.886 和V 3.028 。據(jù)克萊因和沃爾特8，晶格失配可能會(huì)影響共晶形態(tài)。如果兩個(gè)立方相具有相同的晶體取向，晶格失配在熔點(diǎn)接近零，則相位可以固化連貫。然后，相關(guān)株系的產(chǎn)生由一個(gè)小的晶格失配可能會(huì)影響共晶體形態(tài)，同樣影響株系整合析出物形狀的一致性9。在較大的晶格失配的數(shù)值下，該接口與界面的形成半共格位錯(cuò)減少遠(yuǎn)距離相關(guān)株系。研究NiAl - Cr共晶的合金添加效果的微觀結(jié)構(gòu)，同一作者觀察的片狀/纖維轉(zhuǎn)變發(fā)生在對(duì)于零晶格參數(shù)的構(gòu)成。因此，它決加入的元

6、素都具有更大和更小的原子半徑，那么在V階段，如圖所示在表1中。2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)步驟可分為三個(gè)步驟：（i）制備合金在電弧爐鑄錠；（ii）鋼錠定向生長(zhǎng)；（iii）定性的凝固組織。工業(yè)用鑄錠金屬材料的編制工作為開(kāi)始。編制金屬熔化步驟涉及切割，清潔和稱(chēng)重。眾多的元素分別計(jì)算得到10克錠。在惰性氣體中進(jìn)行電弧熔化爐下的水冷銅爐膛。為了保證均勻性，錠倒置和重熔。由于受到蒸發(fā)和裝卸作業(yè)的損失為小于重量的0.5。制備鋼錠的成分組成在表2中。根據(jù)文獻(xiàn)這些組成物數(shù)據(jù)的選擇呈現(xiàn)溶解度極限，以及初步實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)垂直布里奇曼設(shè)施上進(jìn)行共晶合金的定向生長(zhǎng)。近似直徑為6毫米和長(zhǎng)度為50毫米的鋼錠分別插在高純度氧化鋁管，隨后

7、置于鉭管內(nèi)用作基座。在所有的實(shí)驗(yàn)中，該熱區(qū)的溫度為1550，溫度梯度為80 /cm，生長(zhǎng)速度1.0cm/小時(shí)。使用光學(xué)溫度控制高溫計(jì)。經(jīng)過(guò)初始電弧熔化和隨后的定向生長(zhǎng)，所述鋼錠拋光和蝕刻與大理石的試劑進(jìn)行進(jìn)一步的微觀結(jié)構(gòu)分析。共晶微結(jié)構(gòu)是分析利用光學(xué)顯微鏡，電腦圖像分析以及掃描電子顯微鏡鏡檢查（SEM）裝有能譜儀（EDS）。3.結(jié)果與討論最初，在凝固的NiAl - V共晶合金的微觀結(jié)構(gòu)具有和不具有三元系元素的添加進(jìn)行了研究。圖1實(shí)物的中央部分的鑄態(tài)微觀錠。該NiAl-V共晶合金呈現(xiàn)蜂窩式共晶形態(tài)與內(nèi)部的層狀結(jié)構(gòu)細(xì)胞。這種微觀結(jié)構(gòu)特征發(fā)生在耦合區(qū)域內(nèi)的晶體生長(zhǎng)在高溫增長(zhǎng)率和高過(guò)冷固/液界面。圖1

8、.組織的凝固N(yùn)iAl-V共晶合金。添加的合金元素引起各種微觀結(jié)構(gòu)的修改。首先，在所有的情況下，它指出該V相存在樹(shù)突，表明晶體生長(zhǎng)發(fā)生在耦合區(qū)，或者說(shuō)，添加元素沒(méi)有完全溶解。有關(guān)的顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)，各種元件挑起不同修改。根據(jù)產(chǎn)生的修改，合金元素被分為三組：（）退化共晶組織（Ti，Mo），（）這強(qiáng)調(diào)了層狀/纖維化轉(zhuǎn)變的傾向組（Cr，Ta，Cu），（iii）在纖維完全修飾片層組織組（Nb，W,Si）。添加Ti和Mo的，主要伴隨著大量樹(shù)突數(shù)量，引起了完整的共晶結(jié)構(gòu)的變性（圖2）。在另一方面，在添加Cr，Ta和銅加劇層狀/纖維過(guò)渡的傾向。具有規(guī)則或不規(guī)則的纖維以及與層狀/纖維過(guò)渡的晶粒為主，只有幾粒維持層狀

9、的形態(tài)，如圖 3.在與前兩個(gè)組元素對(duì)比時(shí)，添加Nb，W和Si，默示在共晶組織完全改變對(duì)比度。如例示圖。 4，NiAl金屬 - 含V共晶鈮，鎢，和Si呈現(xiàn)一個(gè)完全纖維的形態(tài)。從變化后的共晶細(xì)胞內(nèi)的纖維型態(tài)完全不規(guī)則的，以完全一致，并定期分布的。另外，在分析上進(jìn)行定向凝固合金Mo，Cr，和Nb，其中NiAl- V共晶被選為代表其組。首先，主相的量為相當(dāng)?shù)停簿ЫM織是更有規(guī)律和均勻的。這歸因于近平衡凝固條件并且與所述共晶合金的晶體生長(zhǎng)的理論值一致。然而，改變了顯微組織形態(tài)均大體相同如上所述。圖2.NiAl-Veutectic組織的微合金化（a）Ti及（b）Mo分析結(jié)果，對(duì)兩個(gè)頗為有趣的現(xiàn)象進(jìn)行觀察。

10、首先，通過(guò)添加Cr，Mo的和Nb表現(xiàn)出在所述的在NiAl - V共晶組成相同的溶解度導(dǎo)致完全不同的微觀結(jié)構(gòu)，這表明的溶解度參數(shù)不影響最終形態(tài)在這個(gè)共晶系統(tǒng)。同樣地，有人指出，原子半徑也不會(huì)影響層狀/纖維轉(zhuǎn)型，也沒(méi)有造成共晶形態(tài)。所觀察到的行為可以被解釋在每個(gè)元素的分配系數(shù)的計(jì)算。已知的是，添加的元素將產(chǎn)生一個(gè)額外的成分過(guò)冷，在固/液界面的前面。期間的凝固，相排斥導(dǎo)致組成凝固面的溶質(zhì)。當(dāng)元素的分配系數(shù)X是較大的一個(gè)數(shù)值，它將拒絕更多的X原子那么相位，引起其更大濃度，從而在一個(gè)相位的前面獲得較大的過(guò)冷。因此，相在較低的溫度下，在有限距離處將增長(zhǎng)一個(gè)片狀結(jié)晶（圖5）。這樣的生長(zhǎng)條件使固/液界面不穩(wěn)定

11、，這有利于片狀結(jié)晶過(guò)渡成纖維。在這種情況下，對(duì)相呈現(xiàn)給纖維生長(zhǎng)的傾向，因?yàn)樗试S的雜質(zhì)，即所述徑向排斥排斥變得更有效。因此，可以得出結(jié)論，從第三組元素的分配系數(shù)是對(duì)于一個(gè)和相位完全不同。圖 3. NiAl金屬 - V共晶組織與微（一）鉻，（B）鉭和（c）的Cu。圖5。對(duì)共晶的生長(zhǎng)，其中，k1和k2是為一個(gè)和相的合金元素的分配系數(shù)，分別對(duì)合金元素的局部作用。4.結(jié)論通過(guò)本文的闡述，以便確定四元元件添加的NiAl-V共晶合金凝固形態(tài)的影響可以被恢復(fù)的結(jié)論。偽二元的NiAl-V的共晶合金具有規(guī)則微觀特征在于所述共晶的細(xì)胞與在鑄態(tài)條件層狀形態(tài)。第四元補(bǔ)充修改的樹(shù)突鑄態(tài)共晶組織細(xì)胞。取決于合金元素上，微

12、觀結(jié)構(gòu)包括了是否不規(guī)則微觀的（Ti，Mo）的片狀結(jié)晶和纖維（Cr，Cu，Ta），或者組合，只有纖維或（Nb，W，Si）。定向凝固加工量減少的主要階段，并增加了共晶組織的規(guī)律性和均勻性，但并沒(méi)有帶來(lái)額外的形態(tài)變化。此外，有人指出，在共晶相的合金元素的原子半徑和溶解度不影響層狀/纖維過(guò)渡也沒(méi)有所得共晶形態(tài)。最后，試探性的解釋在共晶形態(tài)觀察到的修改被提出。參考文獻(xiàn)1 P.W.佩萊格里尼,JJ胡塔,J. Cryst.增長(zhǎng)42（1977）536.2麥棉,M.J.考夫曼,可控硅. METALL. 25（1991）1827.3 R. CARAM,SMilenkovic，J. Cryst.增長(zhǎng)211（2000）485.4 C.T.里奧斯,S. Milenkovic，R. CARAM，J. Cryst.增長(zhǎng)