激光熔化Nb-Si-HfC-Mo合金成形方法与组织性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hailongsky
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Nb-Si高温合金具有比先进的Ni基高温合金高的多的使用温度,具有作为下一代涡轮叶片材料应用的广阔前景。但在传统的成形工艺方面,如真空电弧熔炼和真空热压烧结等,存在着组织粗大和高温性能差等不足,不能充分发挥Nb-Si合金的优势,选区激光熔化成形工艺作为迅速发展起来的增材制造技术的一种,凭借成形效率高、成形件致密度高等优点,有望制备优异高温性能的Nb-Si基合金。本文设计成分为Nb-Si-HfC-Mo的复合材料作为研究对象,利用机械球磨制备混合粉末,通过激光熔化工艺制备Nb-18Si-5HfC-2Mo单道、单层和块体合金,并对单道单层的表面形貌、熔池特征、块体的组织结构、显微硬度、弹性模量和断裂韧性进行了研究。机械球磨实验结果表明:球料比为5:1,球磨转速为250r/min,球磨时间为3h,不能使Nb与Si发生原位复合反应,但是混合粉末在球磨三小时后,粉末颗粒整体上达到很大程度的细化,粉末形状逐渐球化,因此选用球磨时间3h作为最终球磨工艺参数;提高激光功率,降低扫描速度,提高能量密度,单道的宽度随之增加,单道表面的球化缺陷先减少后增加;随着扫描间距的减小,相邻熔道间的搭接率越大,单层表面的平整度越好;随着能量密度的增加,熔池由深“U”型转变为深“V”型,熔池的深宽比增加,热影响区的宽度增加;对不同激光熔化工艺参数下制备的Nb-Si-HfC-Mo合金的组织和微观性能研究表明:降低扫描速度,可以促进Nb与Si的原位复合反应和共晶反应,在熔合区存在组织的转变与过渡,凝固速度慢的区域,组织主要由长条形,矩形和“H”形的初生硅化物和Nbss/Nb5Si3共晶团组成,凝固速度较快的区域,组织由细小的胞状Nb5Si3和混乱共晶组成。HfC颗粒作为纳米颗粒增强相弥散均匀的分布在合金中;提高能量密度,合金的硬度和弹性模量先减小后增加;与层间旋转角度为0°和90°相比,层间旋转角度为67°时,合金无论在组织,显微硬度、弹性模量和断裂韧性上都表现出明显的优势,断裂韧性高达36.2 MPa·m1/2。
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