NiAlV的微共晶組織結(jié)構(gòu)

1、2002年7月材料快報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）是增強金屬間化合物與原位耐火材料的一個有意義的概念金屬?？紤]到共晶組織的形態(tài)決定材料的機械性能，可以增加一個四元件到NiAl- V系統(tǒng)，主要改變了組織凝固，因此改變其屬性。這項工作的主要目的是確定一種四元件除了對共晶的形態(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)動機單位推力。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溫度，更好的抗氧化性，和降低與傳統(tǒng)的高溫合金的相對密度。此外，它的高導(dǎo)熱性允許更多發(fā)動機部件進(jìn)行有效的空氣冷卻。荷蘭國際集團補充解決高高溫蠕變強度可通過合金化提高強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主要的缺點。采取的一個有效辦法來提高室溫下NiA l共晶合金的斷裂韌性、脆性間金屬色是通過在復(fù)合材料的原位發(fā)展通過定向凝固（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中條款憲法的過冷模型。漢特和

4、奇爾頓6證明了在強制變化生長方向也導(dǎo)致層狀、纖維狀轉(zhuǎn)錄獲得。斯臺文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型的行為。這被認(rèn)為是在選擇元素的原子半徑的另一個因素。每一個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影響其晶格參數(shù)，以及隨之而來的，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，晶格失配可能會影響共晶形態(tài)。如果兩個立方相具有相同的晶體取向，晶格失配在熔點接近零，則相位可以固化連貫。然后，相關(guān)株系的產(chǎn)生由一個小的晶格失配可能會影響共晶體形態(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.實驗過程實驗步驟可分為三個步驟：（i）制備合金在電弧爐鑄錠；（ii）鋼錠定向生長；（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始。編制金屬熔化步驟涉及切割，清潔和稱重。眾多的元素分別計算得到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，以及初步實驗。在一個垂直布里奇曼設(shè)施上進(jìn)行共晶合金的定向生長。近似直徑為6毫米和長度為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。在所有的實驗中，該熱區(qū)的溫度為1550，溫度梯度為80 /cm，生長速度1.0cm/小時。使用光學(xué)溫度控制高溫計。經(jīng)過初始電弧熔化和隨后的定向生長，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)的晶體生長在高溫增長率和高過冷固/液界面。圖1

8、.組織的凝固NiAl-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相存在樹突，表明晶體生長發(fā)生在耦合區(qū)，或者說，添加元素沒有完全溶解。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.在與前兩個組元素對比時，添加Nb，W和Si，默示在共晶組織完全改變對比度。如例示圖。 4，NiAl金屬 - 含V共晶鈮，鎢，和Si呈現(xiàn)一個完全纖維的形態(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)?，共晶組織是更有規(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，對兩個頗為有趣的現(xiàn)象進(jìn)行觀察。

10、首先，通過添加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)在這個共晶系統(tǒng)。同樣地，有人指出，原子半徑也不會影響層狀/纖維轉(zhuǎn)型，也沒有造成共晶形態(tài)。所觀察到的行為可以被解釋在每個元素的分配系數(shù)的計算。已知的是，添加的元素將產(chǎn)生一個額外的成分過冷，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，從而在一個相位的前面獲得較大的過冷。因此，相在較低的溫度下，在有限距離處將增長一個片狀結(jié)晶（圖5）。這樣的生長條件使固/液界面不穩(wěn)定

11、，這有利于片狀結(jié)晶過渡成纖維。在這種情況下，對相呈現(xiàn)給纖維生長的傾向，因為它允許的雜質(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)是對于一個和相位完全不同。圖 3. NiAl金屬 - V共晶組織與微（一）鉻，（B）鉭和（c）的Cu。圖5。對共晶的生長，其中，k1和k2是為一個和相的合金元素的分配系數(shù)，分別對合金元素的局部作用。4.結(jié)論通過本文的闡述，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)。第四元補充修改的樹突鑄態(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，但并沒有帶來額外的形態(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/纖維過渡也沒有所得共晶形態(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211（2000）485.4 C.T.里奧斯,S. Milenkovic，R. CARAM，J. Cryst.增長