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Nb-Si基共晶自生复合材料的定向凝固组织特征及性能

作　者: 高丽梅
导　师: 郭喜平
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料学
关键词: Nb-Si基共晶自生复合材料 定向凝固 电子束区域熔炼 组织形貌 高温拉伸性能 室温断裂韧性 高温氧化 氧化动力学
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 256次
引　用: 7次
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内容摘要


本文设计了Nb-Si基共晶自生复合材料的成分体系,并采用真空自耗电弧熔炼法制备了材料的母合金锭。利用电子束区域熔炼高温度梯度定向凝固装置制备了定向效果较好的Nb-Si基自生复合材料试棒。对比分析了电弧熔炼态和定向凝固态试样的组织特征,并对定向凝固区熔速度和组织之间的对应规律进行了研究。探讨了电子束区熔定向凝固抽拉速度对高温瞬时拉伸性能和室温断裂韧性的影响。利用自行研制的高温拉伸氧化炉对母合金材料进行了高温氧化实验,分析了材料的氧化组织及高温氧化动力学。 X射线衍射分析表明,电弧熔炼态Nb-Si基共晶自生复合材料的组织由铌基固溶体相Nbss和铌的硅化物相α-Nb5Si3/Nb3Si构成。同电弧熔炼态合金相比,材料在经过电子束区域熔炼之后,其组织为定向排列的初生Nbss枝晶和（Nbss+Nb5Si3/Nb3Si）共晶团。Nbss枝晶的侧枝生长较弱,甚至消失。（Nbss+Nb5Si3/Nb3Si）共晶团在试样生长方向上较连续。随着R的增大,初生Nbss枝晶的相对含量减少。另外,各状态下的铌硅化物主要为α-Nb5Si3。 在1250℃进行瞬时拉伸,结果表明,电弧熔炼态和定向凝固态试样的失效形式均为韧性断裂。经过电子束区熔之后,材料的最高抗拉强度达到了85.0MPa,是电弧熔炼态试样的2.6倍。三点弯曲试验表明,定向凝固后试样的室温断裂韧性也得到了明显的提高,KQ最高达到了19.7MPam1/2。 在950℃和1050℃下氧化后,Nb-Si基共晶自生复合材料的外氧化膜均随着氧化时间的延长而变厚。材料的内外氧化层的区别十分明显:内氧化层组织比较致密,上面有一些针状氧化物;外氧化层组织较粗大,分布着垂直于内外氧化层界面方向的柱状氧化物。1050℃时的氧化产物有TiO2、2TiO2·5Nb2O5(Ti2Nb10O29)和TiO2·Nb2O5（TiNb2O7）,而在950℃氧化时还出现了Nb2O5。内氧化层中还有部分未被氧化的Nb5Si3。Nb-Si基共晶自生复合材料在950和1050℃时的氧化动力学遵循抛物线规律。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章 资料综述  10-26
  1．1 引言  10-11
  1．2 Nb-Si基共晶自生复合材料的成分设计  11-12
  1．3 Nb-Si基共晶自生复合材料的制备技术  12-17
  1．4 Nb-Si基共晶自生复合材料的组织特征  17-18
  1．5 Nb-Si基共晶自生复合材料的性能  18-23
    1．5．1 Nb-Si基共晶自生复合材料的断裂韧性  18-20
    1．5．2 Nb-Si基共晶自生复合材料的高温强度  20-21
    1．5．3 Nb-Si基共晶自生复合材料的高温抗氧化性能  21-23
  1．6 选题意义及研究内容  23-26
    1．6．1 选题意义  23-24
    1．6．2 研究内容  24-26
第2章 研究内容及实验方法  26-36
  2．1 成分设计  26
  2．2 母合金锭的制备  26-27
    2．2．1 原材料准备及处理  26-27
    2．2．2 真空自耗电弧熔炼  27
  2．3 电子束浮区熔炼定向凝固实验  27-30
    2．3．1 定向凝固实验设备  27-28
    2．3．2 试棒的准备  28-29
    2．3．3 实验过程及控制  29-30
    2．3．4 试样的制备  30
  2．4 Nb-Si基共晶自生复合材料的力学性能测试  30-32
    2．4．1 实验方法  30-31
    2．4．2 实验参数的选定  31-32
    2．4．3 断口形貌的观察  32
  2．5 高温氧化实验  32-34
    2．5．1 试样准备  32
    2．5．2 实验设备简介  32
    2．5．3 实验过程  32-34
    2．5．4 高温氧化试样的镶嵌及制备  34
  2．6 微观组织观察及分析  34
    2．6．1 光学显微分析  34
    2．6．2 扫描电镜分析  34
    2．6．3 X射线衍射分析  34
  2．7 本章小结  34-36
第3章 电子束区熔定向凝固Nb-Si基共晶自生复合材料的组织  36-51
  3．1 定向凝固共晶自生复合材料的组织生长规律和影响因素  36-37
  3．2 电弧熔炼态Nb-Si基共晶自生复合材料的组织形貌及相组成  37-43
    3．2．1 电弧熔炼态Nb-Si基共晶自生复合材料的相组成  37-40
    3．2．2 电弧熔炼态Nb-Si基共晶自生复合材料的组织  40-43
  3．3 Nb-Si基共晶自生复合材料在不同区熔速度下的定向凝固组织  43-47
  3．4 讨论  47-49
    3．4．1 电子束区熔定向凝固对Nb-Si基共晶自生复合材料组织特征的影响  47-49
  3．5 本章小结  49-51
第4章 Nb-Si基共晶自生复合材料的力学性能  51-61
  4．1 高温瞬时拉伸  51-55
    4．1．1 拉伸曲线  52-54
    4．1．2 断口形貌  54-55
  4．2 室温断裂韧性  55-59
    4．2．1 三点弯曲试验结果  55-57
    4．2．2 断口形貌  57-59
  4．3 讨论  59
    4．3．1 定向凝固组织对Nb-Si基共晶自生复合材料高温拉伸性能的影响  59
    4．3．2 Nb-Si基共晶自生复合材料的断裂机制  59
  4．4 本章小结  59-61
第5章 Nb-Si基共晶自生复合材料的高温抗氧化性能  61-77
  5．1 合金的氧化机理  61
  5．2 Nb-Si基共晶自生复合材料的高温氧化组织形貌及相组成  61-70
    5．2．1 Nb-Si基共晶自生复合材料的高温氧化组织形貌  61-63
    5．2．2 Nb-Si基共晶自生复合材料的高温氧化产物分析  63-66
    5．2．3 Nb-Si基共晶自生复合材料氧化层形貌的观察与分析  66-70
  5．3 Nb-Si基共晶自生复合材料的高温氧化动力学  70-72
  5．4 讨论  72-75
    5．4．1 Nb-Si基合金的氧化过程  73-75
    5．4．2 氧化膜中应力的产生与消除  75
  5．5 本章小结  75-77
结论  77-79
参考文献  79-83
攻读硕士学位期间发表的论文  83-84
致谢  84-85
学位论文知识产权声明书  85
学位论文原创性声明  85

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属复合材料
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