镍基高温合金的制备及性能研究

本文对ODS镍基高温合金的研究和发展现状进行了一定的阐述,采用粉末冶金工艺制备ODS镍基高温合金,用高能球磨工艺制备预合金粉末,通过模压成型,高温真空烧结,将最后制得的合金试样进行金相分析(OM)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微分析(SEM)、能谱分析(EDS),对粉末进行粒度分布测试、烧结试样的致密度测试、断裂韧性计算,硬度测试等检测分析手段,研究了球磨工艺、压制工艺、和添加稀土氧化物对其组织和性能的影响。最后探究Si元素对该高温合金在高温下的抗氧化性能的影响。经过一系列的系统研究,得出以下结论:(1)球磨时间为32h,球料比为20:1的条件下,当球磨转速为400rpm时,合金粉末达到合金化,呈现较小的粒度和较高硬度为872HV;而球磨转速为500rpm时粉末颗粒有长大倾向,对比采用相同球磨时间(32h)和球磨转速(400rpm)不同球料比的合金粉末进行对比,发现球料比为20:1的合金细化效果要优于10:1;在转速为400rpm、球料比为20:1时,合金粉末的粒度呈先增后减,最后达到稳定的趋势。综合表明:本实验的较佳球磨工艺参数为:转速为400rpm,球料比为20:1,球磨时间为32h。(2)经球磨后的粉末会发生加工硬化,在一定范围内,随着粉末退火温度的升高,其粉末的显微硬度大致呈下降的趋势,在800℃的退火温度下,所得烧结坯的致密度达到较为理想的状态。粉末被压制过程中,在一定范围内,随着压制力的增大,压坯的致密度先急剧上升后趋于平缓。在压强为175.16MPa时,所得合金组织均匀致密。合金的抗拉强度随所处温度的增加先缓慢下降,当温度超过临界温度(350~400℃),合金抗拉强度急剧下降,并且合金断裂机制由穿晶断裂逐渐变为沿晶断裂。(3)当添加0.08%的La_2O_3时材料的致密度达92.02%,硬度达544HV,断裂韧性达12.13 MPa·m1/2;当往合金中添加0.08%La_2O_3时,它可以在一定程度上细化组织,同时减弱烧结时的脱碳反应,使得增韧颗粒分布得更加均匀;添加过量的La_2O_3,会因稀土元素的极化效应导致其活跃性下降;往该种镍基高温合金中加入La_2O_3可以明显地改善合金在高载高速下的耐磨性能。且合金中添加La_2O_3后在高载高速下的摩擦系数及磨损量都明显低于低载低速下的,这是由于其摩擦表面形成了一层“釉质层"。本合金稀土La_2O_3的最佳添加量为0.08%。(4)在该镍基合金中加入适量的Si元素能提高合金的抗拉强度及致密度。添加Si元素后,该合金的致密度可由原来的87%上升至94.7%,抗拉强度由原来的340.96MPa提高到722.71MPa,合金的断裂机制也有原来的脆性和韧性断裂并存转变为穿晶断裂。Si可以加速部分元素在基体中的扩散,没有添加Si元素的合金试样中残存着长条状的第二相,而添加Si元素之后第二相变为球状,同时大大增强了该材料的高温抗氧化性能,适当增大球料比也可提高合金的抗氧化性能,但是作用效果不及添加Si元素。当合金中含0.2%Si在1000℃的温度下进行100h的氧化后,所得氧化薄膜仅有45μm左右,且薄膜较为致密、完整,能有效地保护地防止基体被进一步氧化。