CN102021458B - 一种Nb-Ti-Si-Zn合金材料及其制备方法 - Google Patents
一种Nb-Ti-Si-Zn合金材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102021458B CN102021458B CN2010105082071A CN201010508207A CN102021458B CN 102021458 B CN102021458 B CN 102021458B CN 2010105082071 A CN2010105082071 A CN 2010105082071A CN 201010508207 A CN201010508207 A CN 201010508207A CN 102021458 B CN102021458 B CN 102021458B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy material
- purity
- temperature
- yield strength
- weighing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Nb-Ti-Si-Zn合金材料及其制备方法，该合金材料由50～78at％的Nb，1～20at％的Si，16～28at％的Ti，0.01～2at％的Zn组成，且上述各成分的原子百分含量之和为100％。该高温合金中存在有铌基固溶体相Nbss和铌硅化物相Nb5Si3，在18～25℃下的断裂韧性为17～28MPa·m1/2，18～25℃下的压缩屈服强度为1100～1800MPa，1250～1350℃下的压缩屈服强度为200～500MPa。本发明的合金材料能够在1100～1400℃环境下应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用作燃气涡轮发动机热端部件的铌基高温合金材料，更特别地说，是指一种能够在1100～1400℃超高温环境下应用的Nb-Ti-Si-Zn合金材料。
背景技术
随着航空航天技术的高度发展，目前用作燃气涡轮发动机热端部件的镍基(Ni基)和钴基(Co基)高温合金材料已经接近其最高使用温度极限(～1100℃)，即工作温度已经达到或超过其熔点的85％，因此寻求使用温度更高的结构材料已成为迫切需求。
硅系(Si)金属间化合物以其熔点高、密度低得到了广泛关注，其中Nb-Si系超高温金属间化合物在1100～1400℃具有明显优势。Nb-Si系超高温合金材料通常由韧性的铌基固溶体相(Nbss)和脆性的铌硅化物相(主要为Nb3Si、Nb5Si3)组成。硅化物的形态、分布直接关系到合金材料使用的力学性能。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够在1100～1400℃超高温环境下应用的Nb-Ti-Si-Zn的合金材料，通过在Nb-Si系超高温合金中加入Zn元素，使合金中铌硅化物的形态发生改变。本发明的Nb-Ti-Si-Zn的合金中存在有铌基固溶体相Nbss和铌硅化物相Nb5Si3，在18℃～25℃下的断裂韧性为17～28MPa·m1/2，18℃～25℃下的压缩屈服强度为1100～1800MPa，1250℃～1350℃下的压缩屈服强度为200～500MPa。
本发明的一种Nb-Ti-Si-Zn合金材料，其该合金材料由50～78at％的Nb、1～20at％的Si、16～28at％的Ti和0.01～2at％的Zn组成，且上述各成分的原子百分含量之和为100％。
本发明的一种制备Nb-Ti-Si-Zn合金材料的方法，其包括有下列步骤：
第一步，按Nb-Ti-Si-Zn目标成分配比分别称取纯度为99.99％的Nb、纯度为99.999％的Si、纯度为99.9％的Ti和纯度为99.9％的Zn；
所述Nb-Ti-Si-Zn目标成分由50～78at％的Nb、1～20at％的Si、16～28at％的Ti和0.01～2at％的Zn组成，且上述各成分的原子百分含量之和为100％；
第二步，将第一步称取的原材料放入非自耗真空电弧熔炼炉里；先抽真空度至小于5×10-5Pa，然后充入氩气使真空度至1.01×105Pa，最后在氩气的保护下，在熔炼温度2700～3000℃下反复熔炼5～6次，得到成分均匀的Nb-Ti-Si-Zn高温合金锭材。
本发明的Nb-Ti-Si-Zn合金材料的优点是：通过添加Zn，可以破坏了硅化物的网状连接，同时抑制了颗粒状铌硅化物的析出，大幅度的改善了合金的性能。
附图说明
图1是实施例1制得的Nb-22Ti-5Si-1Zn的超高温合金的显微组织图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种能够在1100～1400℃超高温环境下应用的Nb-Ti-Si-Zn合金材料，该合金材料由50～78at％的Nb、1～20at％的Si、16～28at％的Ti和0.01～2at％的Zn组成，且上述各成分的原子百分含量之和为100％。
本发明采用非自耗真空电弧熔炼方法制备Nb-Ti-Si-Zn超高温合金材料，包括有下列步骤：
第一步，按Nb-Ti-Si-Zn目标成分配比分别称取纯度为99.99％的Nb、纯度为99.999％的Si、纯度为99.9％的Ti和纯度为99.9％的Zn；
第二步，将第一步称取的原材料放入非自耗真空电弧熔炼炉里；先抽真空度至小于5×10-5Pa，然后充入氩气使真空度至1.01×105Pa，最后在氩气的保护下，在熔炼温度2700～3000℃下反复熔炼5～6次，得到成分均匀的Nb-Ti-Si-Zn高温合金锭材。
对Nb-Ti-Si-Zn高温合金采用JEOL JXA-8100型电子探针显微镜(EPMA)进行微观组织分析。
对Nb-Ti-Si-Zn高温合金采用深圳新三思公司的CMT5504型万能试验机进行室温(18～25℃)三点弯曲载荷-位移测试，在室温(18～25℃)的断裂韧性为17～28MPa·m1/2。
对Nb-Ti-Si-Zn高温合金采用深圳新三思公司的CMT5504型万能试验机进行室温(18～25℃)压缩应力-应变测试，在室温(18～25℃)的压缩屈服强度为1100～1800MPa。
对Nb-Ti-Si-Zn高温合金采用Gleeble-1500热模拟试验机进行高温压缩应力-应变测试，在1250℃～1350℃的压缩屈服强度为200～500MPa。
实施例1：
采用非自耗真空电弧熔炼方法制备Nb-Ti-Si-Zn超高温合金材料，包括有下列步骤：
第一步，按Nb-Ti-Si-Zn目标成分配比分别称取纯度为99.99％的Nb、纯度为99.999％的Si、纯度为99.9％的Ti和纯度为99.9％的Zn；
所述Nb-Ti-Si-Zn目标成分为72at％的Nb，5at％的Si，22at％的Ti，1at％的Zn组成。
第二步，将第一步称取的原材料放入非自耗真空电弧熔炼炉里；先抽真空度至3.5×10-5Pa，然后充入氩气使真空度至1.01×105Pa，最后在氩气的保护下，在熔炼温度2800℃下反复熔炼6次，得到成分均匀的Nb-22Ti-5Si-1Zn(at％)高温合金锭材。
采用线切割方法，在实施例1制得的Nb-22Ti-5Si-1Zn(at％)高温合金材料中切取10mm×10mm×10mm的试样，利用XQ-2B型金相试样镶样机对试样进行镶样，填料为胶木粉，镶样温度为140℃；镶样后的试样表面用SiC水磨砂纸磨至3000#，然后用粒度为3.5μm的水溶性金刚石抛光膏配合抛光液(Fe2O3+Cr2O3)在细绒布上对试样进行抛光；对抛光后的试样采用JEOL JXA-8100型电子探针显微镜(EPMA)做微观组织分析，如图1所示，图中，灰色相是铌基固溶体相Nbss，黑色的是铌硅化物相Nb5Si3。
采用线切割方法，在实施例1制得的Nb-22Ti-5Si-1Zn(at％)高温合金材料中切取直径d＝4mm，高度h＝6mm的圆柱体作为力学性能测试样品，采用深圳新三思公司的CMT5504型万能试验机进行压缩应力-应变测试，压缩应变速率为3×10-4s-1，实验温度为25℃。圆柱体试样在实验前用1000#SiC砂纸进行表面抛光。测得Nb-22Ti-5Si-1Zn(at％)高温合金材料在25℃的压缩屈服强度为1500MPa。
采用线切割方法，在实施例1制得的Nb-22Ti-5Si-1Zn(at％)高温合金材料中切取直径d＝8mm，高度h＝12mm的圆柱体作为力学性能测试样品，采用Gleeble-1500热模拟试验机进行高温压缩应力-应变测试，压缩应变速率为3×10-3s-1，实验温度为1250℃。圆柱体试样在实验前用1000#SiC砂纸进行表面抛光。Nb-22Ti-5Si-1Zn(at％)高温合金材料在1250℃的压缩屈服强度为360MPa。
采用线切割方法，在实施例1制得的Nb-22Ti-5Si-1Zn(at％)高温合金材料中切取尺寸为30mm×3mm×6mm的样品，作为力学性能测试样品，试样在实验前用1000#SiC砂纸进行表面抛光，采用深圳新三思型号为CMT5504的万能试验机进行三点弯曲实验，测得Nb-22Ti-5Si-1Zn(at％)高温合金材料在25℃时的断裂韧性为28MPa·m1/2。
实施例2：
采用非自耗真空电弧熔炼方法制备Nb-Ti-Si-Zn高温合金材料，包括有下列步骤：
第一步，按Nb-Ti-Si-Zn目标成分配比分别称取纯度为99.99％的Nb、纯度为99.999％的Si、纯度为99.9％的Ti和纯度为99.9％的Zn；
所述Nb-Ti-Si-Zn目标成分为53.99at％的Nb，18at％的Si，28at％的Ti，0.01at％的Zn组成。
第二步，将第一步称取的原材料放入非自耗真空电弧熔炼炉里；先抽真空度至5×10-5Pa，然后充入氩气使真空度至1.01×105Pa，最后在氩气的保护下，在熔炼温度3000℃下反复熔炼6次，得到成分均匀的Nb-28Ti-18Si-0.01Zn(at％)高温合金锭材。
采用实施例1的方式进行微观形貌分析可知，Nb-28Ti-18Si-0.01Zn(at％)高温合金中存在有铌基固溶体相Nbss和铌硅化物相Nb5Si3。
采用实施例1的方式进行力学性能测试，Nb-28Ti-18Si-0.01Zn(at％)高温合金在22℃时的压缩屈服强度为1700MPa、1300℃时的压缩屈服强度为400MPa、22℃时的断裂韧性为18MPa·m1/2。
实施例3：
采用非自耗真空电弧熔炼方法制备Nb-Ti-Si-Zn超高温合金材料，包括有下列步骤：
第一步，按Nb-Ti-Si-Zn目标成分配比分别称取纯度为99.99％的Nb、纯度为99.999％的Si、纯度为99.9％的Ti和纯度为99.9％的Zn；
所述Nb-Ti-Si-Zn目标成分为68.3at％的Nb，13at％的Si，17at％的Ti，1.7at％的Zn组成。
第二步，将第一步称取的原材料放入非自耗真空电弧熔炼炉里；先抽真空度至4×10-5Pa，然后充入氩气使真空度至1.01×105Pa，最后在氩气的保护下，在熔炼温度2700℃下反复熔炼5次，得到成分均匀的Nb-17Ti-13Si-1.7Zn(at％)高温合金锭材。
采用实施例1的方式进行微观形貌分析可知，Nb-17Ti-13Si-1.7Zn(at％)高温合金中存在有铌基固溶体相Nbss和铌硅化物相Nb5Si3。
采用实施例1的方式进行力学性能测试，Nb-17Ti-13Si-1.7Zn(at％)高温合金在22℃时的压缩屈服强度为1500MPa、1350℃时的压缩屈服强度为250MPa、22℃时的断裂韧性为19MPa·m1/2。
Claims (3)
1.一种制备Nb-Ti-Si-Zn合金材料的方法，其特征在于包括有下列步骤：
第一步，按Nb-Ti-Si-Zn目标成分配比分别称取纯度为99.99％的Nb、纯度为99.999％的Si、纯度为99.9％的Ti和纯度为99.9％的Zn；
所述Nb-Ti-Si-Zn目标成分由50～78at％的Nb、1～20at％的Si、16～28at％的Ti和0.01～2at％的Zn组成，且上述各成分的原子百分含量之和为100％；
第二步，将第一步称取的原材料放入非自耗真空电弧熔炼炉里；先抽真空度至小于5×10-5Pa，然后充入氩气使真空度至1.01×105Pa，最后在氩气的保护下，在熔炼温度2700～3000℃下反复熔炼5～6次，得到成分均匀的Nb-Ti-Si-Zn高温合金锭材；
制得的Nb-Ti-Si-Zn合金材料在18～25℃的断裂韧性为17～28MPa·m1/2；
制得的Nb-Ti-Si-Zn合金材料在18～25℃的的压缩屈服强度为1100～1800MPa；
制得的Nb-Ti-Si-Zn合金材料在1250℃～1350℃的压缩屈服强度为200～500MPa。
2.根据权利要求1所述的制备Nb-Ti-Si-Zn合金材料的方法，其特征在于：Nb-Ti-Si-Zn合金材料中存在有铌基固溶体相Nbss和铌硅化物相Nb5Si3。
3.根据权利要求1所述的制备Nb-Ti-Si-Zn合金材料的方法，其特征在于：能够在1100～1400℃温度环境下应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105082071A CN102021458B (zh) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 一种Nb-Ti-Si-Zn合金材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105082071A CN102021458B (zh) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 一种Nb-Ti-Si-Zn合金材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102021458A CN102021458A (zh) | 2011-04-20 |
| CN102021458B true CN102021458B (zh) | 2012-05-30 |
Family
ID=43863232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010105082071A Expired - Fee Related CN102021458B (zh) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 一种Nb-Ti-Si-Zn合金材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102021458B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5854497B2 (ja) * | 2011-07-27 | 2016-02-09 | 国立大学法人北海道大学 | Ｎｂ−Ｓｉ系耐熱合金 |
| CN105543606B (zh) * | 2016-01-19 | 2017-12-26 | 西安航天新宇机电设备厂 | 一种Nb‑Ti‑ZrB2‑SiC复合材料及其制备方法 |
| CN106048355B (zh) * | 2016-01-28 | 2017-10-13 | 西北工业大学 | Nb‑Si基超高温合金锭的制备方法 |
| CN106048356A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-10-26 | 西北工业大学 | 多元Nb‑Si基超高温合金材料及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1474422A (zh) * | 2002-07-26 | 2004-02-11 | 三洋电机株式会社 | 电解电容及其制造方法 |
| CN1566394A (zh) * | 2003-06-25 | 2005-01-19 | 中国科学院金属研究所 | 一类具有等原子比成分特征的多组元非晶态合金 |
-
2010
- 2010-10-15 CN CN2010105082071A patent/CN102021458B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1474422A (zh) * | 2002-07-26 | 2004-02-11 | 三洋电机株式会社 | 电解电容及其制造方法 |
| CN1566394A (zh) * | 2003-06-25 | 2005-01-19 | 中国科学院金属研究所 | 一类具有等原子比成分特征的多组元非晶态合金 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 贾丽娜.高温热处理对Nb硅化物基超高温合金组织特征的影响.《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》.2007,(第6期),11-13. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102021458A (zh) | 2011-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fang et al. | High-temperature oxidation resistance, mechanical and wear resistance properties of Ti (C, N)-based cermets with Al0. 3CoCrFeNi high-entropy alloy as a metal binder | |
| CN104862510B (zh) | 一种高熵合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| Darolia | NiAl alloys for high-temperature structural applications | |
| Wu et al. | Effects of TiB2 particle size on the microstructure and mechanical properties of TiB2-based composites | |
| CN102021458B (zh) | 一种Nb-Ti-Si-Zn合金材料及其制备方法 | |
| Wang et al. | Microstructure and mechanical properties of Si3N4/42CrMo joints brazed with TiNp modified active filler | |
| US20140271318A1 (en) | Methods of making metal matrix composite and alloy articles | |
| CN106756637A (zh) | 一种高熵非晶基体复合材料及其制备方法 | |
| Ai et al. | Low-temperature synthesis and characterization of Ti 2 AlC/TiAl in situ composites via a reaction hot-pressing process in the Ti 3 AlC 2-Ti-Al system | |
| CN101974712A (zh) | 一种Nb-Ti-Si-Sr合金材料及其制备方法 | |
| Makena et al. | A review on sintered nickel based alloys | |
| Xiang et al. | Dynamic behavior and fracture mode of TiAl intermetallics with different microstructures at elevated temperatures | |
| CN110438384A (zh) | 一种铁镍基超细晶硬质合金及其制备方法 | |
| Xin et al. | Microstructure and fracture toughness of a TiAl-Nb composite consolidated by spark plasma sintering | |
| Ning et al. | Fabrication and joining of NiAl and TiAl intermetallics by additive sintering | |
| CN101235455A (zh) | 一种铌钛硅锆铪硼合金及其制备方法 | |
| Li et al. | Joining of Carbon Fibre Reinforced SiC (C f/SiC) to Ni-Based Superalloy with Multiple Interlayers | |
| Ni et al. | Effects of metal binder on the microstructure and mechanical properties of Al 2 O 3-based micro-nanocomposite ceramic tool material | |
| Kishida et al. | Plastic deformation of bulk and micropillar single crystals of Mo5Si3 with the tetragonal D8m structure | |
| Biamino et al. | Titanium aluminides for automotive applications processed by electron beam melting | |
| CN103952595A (zh) | 一种用于修复定向凝固镍基高温合金叶片的激光熔覆粉末 | |
| Huang et al. | Partial transient-liquid-phase bonding of TiC cermet to stainless steel using impulse pressuring with Ti/Cu/Nb interlayer | |
| CN101148728A (zh) | 一种Ta改性的NiAl-Cr(Mo)双相共晶金属间化合物 | |
| Zhang et al. | Superlightweight nanoengineered aluminum for strength under impact | |
| Patselov et al. | Synthesis and properties of Ti-Al laminated composites with an intermetallic layer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120530 Termination date: 20121015 |