NiAl-V的微共晶组织结构

2002年7月材料快报55（2002）126 131NiAl-V的微共晶组织结构斯尔詹Milenkovic*，鲁本斯CARAM材料工程，坎皮纳斯，PO州立大学系盒6122，13083-970坎皮纳斯，SP，巴西收到的2001年8月20日;接受2001年10月2日摘要该共晶合金的定向凝固（DS）是增强金属间化合物与原位耐火材料的一个有意义的概念金属。考虑到共晶组织的形态决定材料的机械性能，可以增加一个四元件到NiAl- V系统，主要改变了组织凝固，因此改变其属性。这项工作的主要目的是确定一种四元件除了对共晶的形态的影响。铸态和定向凝固的尼尔共晶合金。样品与各种组合物电弧熔化下在惰性气氛下以及用布里奇曼型凝固设施处理。所得到的结果表明，共晶的形态可通过微合金化可以有效地修饰。为层状、纤维转型的条件进行测定，并暂定的现象观察给出解释。2002年Elsevier科学B.V.保留所有权利。关键词：金属间化合物基复合材料;组织;共晶;共晶形态1.简介该高温材料的先进能力正在研究并努力改进用于先进的航空发动机单位推力。NiAl合金的中间单晶被视为高温备选应用。B2有序合金体系令人注意的特性是包括更高的熔点温度，更好的抗氧化性，和降低与传统的高温合金的相对密度。此外，它的高导热性允许更多发动机部件进行有效的空气冷却。荷兰国际集团补充解决高高温蠕变强度可通过合金化提高强化或降水化硬化元素的方案。然而，低温下耐断裂性不足是一个主要的缺点。采取的一个有效办法来提高室温下NiA l共晶合金的断裂韧性、脆性间金属色是通过在复合材料的原位发展通过定向凝固（DS）的结构。文献调查显示，许多难熔金属的形成伪二元共晶NiAl金属，包括铬，钼，铌，钽，锆，重新和钨。然而，很少人已经完成对NiAl V合金系统的研究1,2。目前的研究是在以虚构的NiAl- V共晶3的研究，其表明，它是一个有规律的晶带，即层状形态。目前已知的加入合金元素，以共晶系统可以改变其微观结构。对以往的研究铝 - 铌4系统揭示除了第三元素可以有效看到前面物质改变层状结构纤维组织。这种变形惯例是由查德威克讨论5中条款宪法的过冷模型。汉特和奇尔顿6证明了在强制变化生长方向也导致层状、纤维状转录获得。斯台文7观察到，加入钨钴合金到NiAl金属 - 铬形成板状或片状微观结构，而NiAl金属 - 铬共晶是纤维。然而，效果没有信息季铵元件上加成的微观结构NiAl V金属共晶系统被发现。因此，liter-对各种元件的溶解度极限数据进行检查，以确定要添加的每个元素的量，目的是避免新的阶段形成。如表1所示，所有的元素显示在NiAl次要的溶解度，而在V单相溶解度的变化，从1至100原子。所以，表现出低和中等溶解度的元素，以及其中，被选择以研究每种类型的行为。这被认为是在选择元素的原子半径的另一个因素。每一个元素添加和溶解成相位影响其晶格参数。因为所选择的元素中的溶解度就是在V阶段更高，目的是期望增加元素会影响其晶格参数，以及随之而来的，共晶体之间的晶格失配阶段。所述NiAl相的晶格参数是2.886 和V 3.028 。据克莱因和沃尔特8，晶格失配可能会影响共晶形态。如果两个立方相具有相同的晶体取向，晶格失配在熔点接近零，则相位可以固化连贯。然后，相关株系的产生由一个小的晶格失配可能会影响共晶体形态，同样影响株系整合析出物形状的一致性9。在较大的晶格失配的数值下，该接口与界面的形成半共格位错减少远距离相关株系。研究NiAl - Cr共晶的合金添加效果的微观结构，同一作者观察的片状/纤维转变发生在对于零晶格参数的构成。因此，它决加入的元素都具有更大和更小的原子半径，那么在V阶段，如图所示在表1中。2.实验过程实验步骤可分为三个步骤：（i）制备合金在电弧炉铸锭；（ii）钢锭定向生长；（iii）定性的凝固组织。工业用铸锭金属材料的编制工作为开始。编制金属熔化步骤涉及切割，清洁和称重。众多的元素分别计算得到10克锭。在惰性气体中进行电弧熔化炉下的水冷铜炉膛。为了保证均匀性，锭倒置和重熔。由于受到蒸发和装卸作业的损失为小于重量的0.5。制备钢锭的成分组成在表2中。根据文献这些组成物数据的选择呈现溶解度极限，以及初步实验。在一个垂直布里奇曼设施上进行共晶合金的定向生长。近似直径为6毫米和长度为50毫米的钢锭分别插在高纯度氧化铝管，随后置于钽管内用作基座。在所有的实验中，该热区的温度为1550，温度梯度为80 /cm，生长速度1.0cm/小时。使用光学温度控制高温计。经过初始电弧熔化和随后的定向生长，所述钢锭抛光和蚀刻与大理石的试剂进行进一步的微观结构分析。共晶微结构是分析利用光学显微镜，电脑图像分析以及扫描电子显微镜镜检查（SEM）装有能谱仪（EDS）。3.结果与讨论最初，在凝固的NiAl - V共晶合金的微观结构具有和不具有三元系元素的添加进行了研究。图1实物的中央部分的铸态微观锭。该NiAl-V共晶合金呈现蜂窝式共晶形态与内部的层状结构细胞。这种微观结构特征发生在耦合区域内的晶体生长在高温增长率和高过冷固/液界面。图1.组织的凝固NiAl-V共晶合金。添加的合金元素引起各种微观结构的修改。首先，在所有的情况下，它指出该V相存在树突，表明晶体生长发生在耦合区，或者说，添加元素没有完全溶解。有关的显微结构形态，各种元件挑起不同修改。根据产生的修改，合金元素被分为三组：（）退化共晶组织（Ti，Mo），（）这强调了层状/纤维化转变的倾向组（Cr，Ta，Cu），（iii）在纤维完全修饰片层组织组（Nb，W,Si）。添加Ti和Mo的，主要伴随着大量树突数量，引起了完整的共晶结构的变性（图2）。在另一方面，在添加Cr，Ta和铜加剧层状/纤维过渡的倾向。具有规则或不规则的纤维以及与层状/纤维过渡的晶粒为主，只有几粒维持层状的形态，如图 3.在与前两个组元素对比时，添加Nb，W和Si，默示在共晶组织完全改变对比度。如例示图。 4，NiAl金属 - 含V共晶铌，钨，和Si呈现一个完全纤维的形态。从变化后的共晶细胞内的纤维型态完全不规则的，以完全一致，并定期分布的。另外，在分析上进行定向凝固合金Mo，Cr，和Nb，其中NiAl- V共晶被选为代表其组。首先，主相的量为相当低，共晶组织是更有规律和均匀的。这归因于近平衡凝固条件并且与所述共晶合金的晶体生长的理论值一致。然而，改变了显微组织形态均大体相同如上所述。图2.NiAl-Veutectic组织的微合金化（a）Ti及（b）Mo分析结果，对两个颇为有趣的现象进行观察。首先，通过添加Cr，Mo的和Nb表现出在所述的在NiAl - V共晶组成相同的溶解度导致完全不同的微观结构，这表明的溶解度参数不影响最终形态在这个共晶系统。同样地，有人指出，原子半径也不会影响层状/纤维转型，也没有造成共晶形态。所观察到的行为可以被解释在每个元素的分配系数的计算。已知的是，添加的元素将产生一个额外的成分过冷，在固/液界面的前面。期间的凝固，相排斥导致组成凝固面的溶质。当元素的分配系数X是较大的一个数值，它将拒绝更多的X原子那么相位，引起其更大浓度，从而在一个相位的前面获得较大的过冷。因此，相在较低的温度下，在有限距离处将增长一个片状结晶（图5）。这样的生长条件使固/液界面不稳定，这有利于片状结晶过渡成纤维。在这种情况下，对相呈现给纤维生长的倾向，因为它允许的杂质，即所述径向排斥排斥变得更有效。因此，可以得出结论，从第三组元素的分配系数是对于一个和相位完全不同。图 3. NiAl金属 - V共晶组织与微（一）铬，（B）钽和（c）的Cu。图5。对共晶的生长，其中，k1和k2是为一个和相的合金元素的分配系数，分别对合金元素的局部作用。4.结论通过本文的阐述，以便确定四元元件添加的NiAl-V共晶合金凝固形态的影响可以被恢复的结论。伪二元的NiAl-V的共晶合金具有规则微观特征在于所述共晶的细胞与在铸态条件层状形态。第四元补充修改的树突铸态共晶组织细胞。取决于合金元素上，微观结构包括了是否不规则微观的（Ti，Mo）的片状结晶和纤维（Cr，Cu，Ta），或者组合，只有纤维或（Nb，W，Si）。定向凝固加工量减少的主要阶段，并增加了共晶组织的规律性和均匀性，但并没有带来额外的形态变化。此外，有人指出，在共晶相的合金元素的原子半径和溶解度不影响层状/纤维过渡也没有所得共晶形态。最后，试探性的解释在共晶形态观察到的修改被提出。参考文献1 P.W.佩莱格里尼,JJ胡塔,J. Cryst.增长42（1977）536.2麦棉,M.J.考夫曼,可控硅. METALL. 25（1991）1827.3 R. CARAM,SMilenkovic，J. Cryst.增长211（2000）485.4 C.T.里奥斯,S. Milenkovic，R. CARAM，J. Cryst.增长