稀土氧化物分散强化.docVIP

稀土在氧化物弥散强化合金中的应用 传统高温合金的热强性由γ1相的沉淀强化和W、Mo等元素的固溶强化产生，但高于1000℃时它们的作用急剧减退。为了得到能在1100℃和更高温度工作的飞机发动机材料，研制了以稳定氧化物的弥散强化为主要强化手段的氧化物弥散强化高温合金（ODS合金）。在这类合金中，氧化物质点的尺寸必须小于0.1μm,数量一般在1vol%以上。弥散氧化物在室温和中温的强化效果虽然不及传统强化手段的效果, 但由于它们在高温下极为稳定, 所以其强化作用随温度升高和时间延长而衰减的趋势很小, 使ODS合金具有极优异的高温热强性(图4 中曲线a、b)。 早期的ODS合金大多用ThO = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2作为弥散相。由于稀土氧化物具有更高的热力学稳定性和ThO = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2具有放射性,所以新研制的ODS合金已全部用Y = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2O = 3 \* Arabic \* MERGEFORMAT 3和其它稀土氧化物作为弥散相了。稀土氧化物不仅提高合金的热强性,也显著增强合金的高温腐蚀抗力。例如, 02-03vol%Y = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2O = 3 \* Arabic \* MERGEFORMAT 3、La = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2O = 3 \* Arabic \* MERGEFORMAT 3或ThO = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2,可使Ni一15Cr一6Al合金在1100℃500h循环氧化后的减重减至无氧化物合金的五十分之一;0.5vol%CeO = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2或La = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2O = 3 \* Arabic \* MERGEFORMAT 3能使TRW一VIA合金在940℃的热腐蚀层减至原合金的二十分之一。这些优点,使ODS合金成为目前使用温度最高的实用高温材料(图5)。各先进国家对这种合金的发展十分重视, 目前已出现了几十个牌号(表6),它们可分为以下几类: 普通粉末冶金方法生产的简单ODS合金 美国从1962年开始用粉末冶金的方法生产TDNi(Ni一2vol% ThO = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2)。为了改善合金的高温腐蚀抗力,后来又发展了以Ni一Cr、Ni一Cr一Al、Fe一Cr一Al和Co一Ni一Cr为基体的ODS合金(表6a)。它们中的弥散相大多用ThO = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2。合金的生产工艺包括用化学沉淀法制取粉末混合物,真空热压密实及形变热处理等几个步骤。这类合金的1100℃102h破断强度达5kg/mm2 ,与ЭИ435合金800℃1O2h的破断强度相当。 机械合金化法生产的简单ODS合金 机械合金化是美国在1969年发展的一种新材料技术,它利用机械手段使合金各组元在固态下实现合金化,为生产成分复杂的ODS合金提供了可能。此方法的工艺包括:a.利用氩气雾化、旋转电极等方法生产合金原料(金属、预合金和氧化物) 粉；b.在高能球磨机( 转速达300转/分,研磨效率为普通球磨机的十倍)中研磨原料粉,粉末的反复挤压、破碎、冷焊使合金组元达到了原子尺度的结合。为避免氧化，研磨在真空或惰性气体的保护下进行；c.将合金化的粉末装入钢套,真空密封后挤压成棒材；d.利用形变热处理(中温轧制后高温退火)或定向结晶使合金具有纤维状的粗大晶粒组织( 晶粒的长度达10mm,纵横比达10:1),进一步强化合金基体。 简单合金仍以Ni一Cr、Ni一Cr一Al、Fe一Cr一AI和Co一Ni一Cr一Al合金为基体,氧化物则主要用Y = 2 \* Arabic \* MERGEFORMAT 2O = 3 \* Arabic \* MERGEFORMAT 3(表6b)。其中,镍基合金的1100℃102-102h破断应力,均达1Okg/mm2的水平,MA754合金达14kg/mm2。 两类简单ODS合金均主要用来制造飞机发动机的涡轮导向叶片和燃烧室,其中HDA8077、YDNiCrAl和MA754合金可用至1220℃,而性能最好的镍基铸造合金MAR一M509和WAZ一16(带涂层),最高工作温度分别为1070℃和1100℃。 3.机械合金化的复杂ODS合金 这类合金的基体成分大多按镍基铸造合金来设计,它不仅含有较多的γ1相形成元素Al和Ti,还含有相当数最的W、Mo、Co、Ta等固溶强化元素。氧化物相仍采用Y = 2 \* Arabic \* MERG