V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响
钢材中各元素对性能性的影响
钢材中各元素对性能性的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
各元素对焊接的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
各种元素对材料的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
各种元素对钢材性能的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
各种元素对钢材性能的影响
1、碳(C):钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过 0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入 1.0-1.2%的硅，强度可提高15-20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1- 4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰(Mn):在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30 — 0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算锰钢”较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11-14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷(P):在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫(S):硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于 0.040%。
在钢中加入 0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬(Cr )：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
各种合金元素对钢性能的影响
三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。
五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。
硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响
第28卷 第5期2008年10月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol 128,No 15 Oct obe r 2008V,A l 对Nb 2S i 系超高温结构材料抗氧化性能的影响康永旺1,曲士昱2,宋尽霞1,韩雅芳1(1.北京航空材料研究院先进高温结构材料国防重点实验室,北京100095;2北京航空材料研究院21室,北京100095)摘要:采用真空非自耗电弧炉制备了Nb 222Ti 212Si 三元以及三种不同V,A l 含量的Nb 2Ti 2Si 2V 2A l 五元Nb 2Si 合金,研究了四种合金铸态显微组织和1250℃的抗氧化性能。
结果表明:V,A l 的加入促进了反应Nb 3Si →Nb ss +Nb 5Si 3,使合金相组成由Nb ss +Nb 3Si 转变成为Nb ss +Nb 5Si 3,从而增加了合金中Nb ss 相体积分数;合金的抗氧化性能随V,A l 含量的增加而提高;V,Al 的加入使合金氧化皮结构发生了转变,生成了较为致密的氧化皮,降低了合金的氧化速率,减少了合金氧化皮的剥落和金属氧化损失量。
Nb 22119Ti 21119Si 2414V 2411Al 经过1250℃/50h 氧化后金属损失厚度仅为011mm 。
关键词:N b 2Si 系合金;超高温结构材料;金属间化合物;显微组织;抗氧化性能中图分类号:T G14614 文献标识码:A 文章编号:100525053(2008)0520006205收稿日期225;修订日期252基金项目北京航空材料研究院基金(65)作者简介康永旺(—),男,博士生,(2)y @6。
自十九世纪四十年代后期以来,N i 基高温合金一直扮演着航空发动机热端部件用材的主角,对于整个航空动力发展的影响巨大。
据称,N i 基高温合金零部件约占现代航空发动机总重的70%[1]。
虽然在过去30多年里,高温合金成分的优化和铸造技术的进步使得航空发动机高压涡轮进口温度提高了125℃,但是N i 基高温合金的熔点大约在1350℃左右,使用温度已经达到了极限[2-4]。
材料中的化学元素对热处理的影响
材料中的化学元素对热处理的影响钢性, 化学元素钢材中都含有各种各样的杂质，杂志含量的多寡，直接影响到钢材的物理化学性质%26mdash;%26mdash;1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当含碳量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算%26ldquo;锰钢%26rdquo;，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于 0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
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A lloy N o. N bTiSiVAl
VA 0
66
22
12
VA 1
61. 9 22. 0 12. 0 0. 9
3. 2
VA 2
8
航 空 材 料 学报
第 28卷
给出了合金 1250e /50h 氧化后合金氧化皮剥落量 ( 其中 VA3氧化皮为人工机械剥落 ) 以及金属损失 量。由图 2可见: 相对于 VA0合金, 加入 V, A l元素 的三种 合 金 氧 化 皮 剥 落 量 分 别 降 低 了 2416% ,
5716% 和 7511% , 氧化皮剥落量随 V, A l添加量增 加而减少。金属损失厚度也随 V, A l添加量的增加 而减少, 其中 VA3合金仅仅损失了 011mm。
速率, 减少了合金氧化皮的剥落和金属氧化损失量。 N b-2119T -i 1119S-i 414V-411A l经过 1250e /50h氧 化后金属损
失厚度仅为 01 1mm。
关键词: Nb-S i系合金; 超高温结构材料; 金属间化合物; 显微组织; 抗氧化性能
中图分类号: TG1461 4
文献标识码: A
第 28卷 第 5期 2008年 10月
航空材料学报
JOURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER IA LS
V o l1 28, N o15 O ctober 2008
V, A l对 Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响
康永旺 1, 曲士昱 2, 宋尽霞1, 韩雅芳1
( 1. 北京航空材料研究院先进高温结构材料国防 重点实验室, 北京 100095; 2 北京航空材料研究院 21室, 北京 100095)
摘要: 采用真空非自耗电弧炉制备了 N b-22T -i 12S i三元以及三种不同 V, A l含量的 Nb-T -i S -iV-A l五元 N b-S i合金,
研究了四种合金铸态显 微组织和 1250e 的抗氧化性能。结果表明: V, A l的加 入促进了反 应 N b3 S iy N bss + N b5 S i3, 使合金相组成由 N bss + N b3 S i转变成为 Nbss + N b5 S i3, 从而增加了合金中 N bss相体积分数; 合金的抗 氧化性能随 V, A l含量的增加而提高; V, A l的加入使合金氧化皮结构发 生了转变, 生 成了较 为致密的 氧化皮, 降低 了合金 的氧化
图 1 不同 V, A l含量 N b-S i系材料的微观组织 F ig11 M ic rostructure of N b-S i based alloys w ith d ifferent V and A l contents
( a) VA 0; ( b) VA 1; ( c) VA2; ( d) VA3
图 3为氧化 50h后合金的外观形貌图。从图中 可以看出, 合金氧化皮颜色发生了明显变化。并且, V0和 VA1合金的氧化皮几乎全部自然剥落, 但 V0 合金金属损失率明显多于 V1合金; VA2合金氧化 皮部分自然剥落; 而还有最高含量 V, A l的 VA3合
金的氧化皮仍然包裹在金属表面, 没有产生自然剥 落现象。由此可 见, 加入 V, A l可改善金属 与氧化 皮的结合状态, 并能够改善合金氧化皮的脆性, 减少 金属氧化皮剥落量, 提高合金的抗氧化性能。
212 抗氧化性能分析 图 2是不同 V, A l含量的 Nb-S i合金 1250e 氧
化性能对比图。从图 2a 中的恒温氧化动力学曲线 可见, 含有 V, A l元素的三种合金氧化增重速率明
显低于不含 V, A l的合金 VA0。 1250e /50h氧化后 VA1, VA2和 VA3合金增重量比 VA0合金分别降低 了 6217m g / cm 2, 15713 m g / cm2 和 19116 mg / cm2, 合 金的氧化速率随 V, A l加入量的增加而减少。图 2b
59. 8 21. 9 11. 9 2. 6
3. 6
VA 3
57. 8 21. 9 11. 9 4. 4
4. 1
2 实验结果分析与讨论
211 合金微观组织 图 1 是四种不同 V, A l合金的微观组织形貌。
由图 1a可知, VA0合金中主要存在两种相, 分别是 N bss相和 N b3 Si相, N bss相以类枝晶状和等轴状分布 在连续的 N b3 Si基体上; N b3S i相分为两种, 分别是 T i含量较高和 N b 含量 较高, T i含量较 高的 N b3S i 相分布在 N bss相和 N b含量较高的 N b3 S i相界上; 添 加 V, A l后合 金的硅 化物相 尺寸 有所减 小。从 图 1b, 1c, 1d中可以看出, 三种含 V, A l合金均是由两 种相组成; 能谱分析表明其中浅色的是 N bss相, 深色 的是 N b5S i3 相。由此可见, V, A l的加入使 合金的 微观组织发生 了转变, 促 进了反 应 N b3 S iy N bss + N b5 S i3 的 发 生, 使 N b3 S i 相 发 生 了 分 解, 生 成 了 N b5 S i3 相和次生的 N bss相 ( 图中细小 N bss相 ), 次生 的 N bss相分割 了 N b5 Si3 相, 使 得硅 化物 相尺寸 减 小。定量 进行 分析 表 明, VA1, VA2, VA3 合金 中 N bss相 的 体 积 百 分 数 分 别 约 为 7115% , 7318% , 7214% , 相 对 于 VA 0 合 金 中 N bss 相 体 积 分 数 ( 5617% )提高了 25% 以上。但 是, 具有更高 V, A l 含量的 VA 3中 N bss相的体积百分含量却有所降低, 这是由于 A l含量的进一步提高造成了共析反应略 向相图中硅化物一侧移动。
第 5期
V, A l对 Nb-S i系超高温结构材料抗氧化性能的影响
7
用电子天平 的精度为 011m g。将剥落的氧 化皮用 研钵研成粉末, 采用 XRD 分析了氧 化 50h 后各合 金的氧化皮中氧化 物相组成。使用 JSM-5600HV / LV 扫描电 镜观察 了铸 态合金 及其 氧化 皮的 微观 组织, 并使用 L ink ISIS 6798型 能谱仪进行了元素 半定量分析。氧化皮截面观察试样采用 环氧树脂 冷镶的方法, 以避免镶 嵌过程中氧化皮剥落, 试样 抛光后进行表面喷碳处理。
收稿日期: 2008-04-15; 修订日期: 2008-05-10 基金项目: 北京航空材料研究院基金 ( 2006175) 作 者 简 介: 康 永 旺 ( 1979) ), 男, 博 士 生, ( E-ma il) ywkang1208@ 126. com。
氧化性能差。对于未来的工程应用, 高温抗氧化性 能仍然是 Nb-S i系超高温结构材料走向实用化的一 大障碍。到目前为止, 已经设计了大量的试验材料 体系来研究材料化学及相组成对大块材料抗氧化性 能 的 影 响, 研 究 了 T i[ 6, 7] , H f[ 7 ~ 9 ] , S ,i Cr[ 9~ 12] , A l[ 7, 8] , M o[ 9] , T a[ 7] , G e[ 2 ] , B[ 13] , F e[ 2] , Sn[ 3] 和稀土 元素 Y [ 8, 14] , C e[ 8, 13, 14 ] 以及防护涂层 [ 15 - 17] 的作用, 但其抗氧化性能仍未能有实 质性提高。W on-Yong K im 的研究表明 V的加入有助于提高 Nb-Si合金的 室温屈服强度 [ 18 ] , 而对高温抗氧化性能的影响未见 报道。此外, A l的 加入有 助于减 轻氧化 皮的 中温 / 粉化 0。本工作研究了 V, A l共同加入对高温抗氧 化性能的影响。
图 3 1250e /50h氧化试样外观图 F ig1 3 M acro-v iew o f alloys w ith d ifferen t V, A l contents afte r 1250e /50h ox idation
213 氧化皮组织分析 图 4是四种合金 1250e / 50h氧化后氧化皮的粉
文章编 号: 1005-5053( 2008) 05-0006-05
自十九世纪四十年代后期以来, N i基高温合金 一直扮演着航空发动机热端部件用材的主角, 对于 整个航空动力发展的影响巨大。据称, N i基高温合 金零部件约占现代航空发 动机总重的 70% [ 1 ] 。虽 然在过去 30多年里, 高温合金成分的优化和铸造技 术的进步使得航空发动机高压涡轮进口温度提高了 125e , 但是 N i基高温合金的熔点大约在 1350e 左 右, 使用温度已经达到了极限 [ 2- 4 ] 。新一代高推重 比先进航空发动机要求高压涡轮导向与工作叶片本 身的承温能力必须达到 1200~ 1400e , 大大超过目 前的镍基高温金属材料的极限承温能力。因此, 传 统的 N i基高温合金已经不能满足新一代更高性能 的先进航空发动机的需要, 必须研究新的耐高温结 构材料体系。以往研究表明 Nb-S i系超高温金属间 化合物 在 1100e 以 下 的 比 强 度 最高, 在 1100 ~ 1400e 的比强度与其它超高温结构材料相当 [ 5] 。结 合了 B-Nb固溶体韧性和难熔金属硅化物强度优点 的 Nb-S i系超高温结构材料有望成为 1200~ 1400e 甚至更高温度使用的叶片材料。众所周知, 作为高 温下使用的结构材料, 除具有良好的室温和高温力 学性能以外, 还必须具备良好的抗氧化性能。然而, Nb-S i系超高温结构材料氧化过程中生成的氧化膜 不致密, 存在严重的内氧化现象, 氧化膜易剥落, 抗
图 2 不同 V, A l含量合金 1250e 抗氧化性能 ( a)氧化动力学曲线; ( b)氧化皮剥落量与金属损失厚度