Nb-Si基高温合金定向凝固制备技术的研究进展.pdf

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1、第43卷第4期稀有金属材料与工程、，01．43．No．42014生4月RAREMETALMATERIALSANDENGINEER1NGApril2014Nb．Si基高温合金定向凝固制备技术的研究进展郭海生，郭喜平2，赵鸿磊(1．西安诺博尔稀贵金属材料有限公司，陕西西安710065)(2．西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安710072)摘要：Nb．Si基高温合金是一种具有高熔点、较低的密度以及良好的高温蠕变强度的高温结构材料，定向凝固技术可以有效改善该合金的综合力学性能。针对Nb—Si基高温合金的定向凝固技术主要有晶体提拉法、区域熔化法、整体定向凝固法等，本文综述了

2、近年来国内外Nb—Si基高温合金的定向凝固制备技术的研究进展，并对定向凝固技术的未来发展进行了展望。关键词：定向凝固技术；Nb．Si基高温合金；微观组织：力学性能中图法分类号：TG146．4l6文献标识码：A文章编号：1002．185X(2014)04—1019．06Nb．Si基高温合金由于具有高熔点、较低的密度以定向凝固技术可同时提高Nb—Si基高温合金的室温断及良好的高温蠕变强度，而在近年来逐渐得到了关注，裂韧性和高温力学性能。定向凝固技术已经成为Nb—Si成为了具有良好前景的、可在1200～1450℃下使用的基高温合金制备的主要工艺手段。高温结构材料的候选材料之一l】

3、I2J。该类材料的成分一对于熔点超过1800℃的Nb—Si基高温合金，其般包含Ti，cr，A1，Hf和Mo等合金化元素，它们在定向凝固技术早期是采用水冷铜坩埚的晶体提拉法实制备过程中形成含有两相的微观组织——铌基固溶体现的，但是这种方法的温度梯度较低，制备材料的组相Nbss和铌硅化合物相，高韧性的Nbss来提高室温织粗大，定向效果差，限制了定向凝固技术的进一步韧性，而铌硅化合物相(如Nb3Si，Nb5Si3)来提高高温强发展。近年来，国内外陆续开发了无坩埚电子束区熔度[3]。通过合金化和制备工艺的改善可以实现Nb．Si定向凝固法、光悬浮区熔法、感应区熔法以及有坩埚基高温合金

4、室温断裂韧性、高温强度以及抗氧化性能的整体定向凝固法等定向凝固制备技术，Nb—Si基高的良好平衡-4曲J。温合金的定向凝固组织得到了改善，室温和高温力学Nb．Si基高温合金的制备方法主要有电弧熔炼L5I6】、性能也得到了明显提高。本文综述了定向凝固技术在感应凝壳熔炼、粉末冶金【。和定向凝固9-14]等。与粉改善Nb—Si基高温合金微观组织、提高Nb．Si基高温末冶金及真空熔炼技术相比，定向凝固法生产Nb．Si合金力学性能等方面的研究进展。基高温合金的内在优越性是很明显的：(1)定向凝固1Nb．Si基高温合金晶体提拉定向凝固技术可以使平行于应力轴向的晶界定向排列并与凝固技术方

5、向平行，从而改善合金的断裂韧性lJ；(2)定向凝固技术制备的合金的凝固方向为低模量的择优生长晶体提拉法或Czoehralski法就是将金属或合金放的[ool1方向，可以明显提高合金的热疲劳抗力L1引。日置在坩埚中加热熔化且保持在较熔点稍高的温度，再本于1996至2001年进行了定向凝固制备Nb—Si基固将定向籽晶浸泡在金属或合金熔体中，待籽晶与熔体溶体合金和复合材料的研究，旨在研制使用温度在充分适应后缓慢拉起并逐渐凝固，从而形成具有与籽1500℃以上、无冷却使用的燃气轮机叶片材料。他们晶相同取向的较大圆柱状定向凝固材料的方法。通过定向凝固技术对Nb．18Si．10Mo．(1

6、0．15)W．10Ti合晶体提拉法的主要优点有6J：(1)大的熔体体金进行组织控制，提高了合金的高温蠕变和高温强度积有助于物质和杂质在晶体生长过程中的对流搅拌；等性能，使该合金在1500℃下强度可达800MPa。(2)晶体在熔体的自由表面处生长，而不与坩埚相接B．P．Bewlay等人[和N．Sekido等人[]的研究也表明触，这样能显著减小晶体的应力并防止坩埚壁上的非收稿日期：2013．04．20作者简介：郭海生，男，1977年生，博士，西安诺博尔稀贵金属材料有限公司，陕西西安710065，电话：029—88331544，E—mailhaishengguo@163．tom·

7、1020·稀有金属材料与工程第43卷均质形核；(3)在生长过程中，可以随时观察晶体的而利用熔体自身的表面张力与重力平衡，保持熔区的生长状况，而且可以方便地使用定向籽晶和“缩颈”稳定。该方法的特点是固体材料中只有一小段区域处工艺，以得到完整的具有所需取向的晶体。于熔态，材料体系由晶体、熔体和多晶原料3部分所晶体提拉法的缺点也很明显：(1)仅靠调节输向组成，体系中存在着两个固液界面，一个界面上发生熔体的功率无法在很宽范围内来调整熔体温度，并很多晶原料的熔化过程，而另一个界面上发生结晶过程。难实现熔体温度的精确控制；(2