Ni_3Al+Ni_7Hf_2共晶合金的微观结构及凝固行为研究

利用金相、扫描电镜、透射电镜观察了Ni3Al+Ni7Hf2共晶合金的微观组织结构，并利用高梯度定向凝固技术研究了该合金的凝固行为．结果表明：Ni—5．8Al—32Hf由Ni3Af＋Ni7Hf2共晶组成，是Ni3Al／Ni7Hf2共晶复合材料的合适成分由于不平衡凝固，有害相β-NiAl与金属间化合物Ni7Hf2以共晶体的形式存在于共晶胞间，在一定的温度梯度下，可以通过降低生长速度的方式予以消除．Ni-5．8Al-32Hf的凝固温度范围为41℃，临界凝固稳定性因子（即G／R）为5×105℃.s／cm2，在该条件下制备出以Ni7Hf2为增强相、以Ni3Al为基的定向凝固片状共晶复合材料.

碳化物特性对Ni_3Al基表面强化复合材料组织与性能的影响

将真空常压烧结的方法制得的Cr3 C2-Ni-Al和WC-Ni-A1复合焊丝氩弧堆焊于碳钢表面时,利用氩弧物理热和Ni-Al反应热,促使碳化物硬质颗粒与自生成的Ni3Al金属间化合物基体复合。XRD分析表明,在堆焊过程中两种焊丝中的Ni,Al均化合反应生成Ni3Al金属间化合物。微观组织与硬度试验表明,受各自物理特性(密度、熔点)的影响,两种碳化物硬质相在Ni3Al基体中分布均匀程度不同,其强化效果也迥异:WC仍以原始的大颗粒形态偏聚于焊层层间界面处,而起不到弥散强化作用;Cr3C2则发生分解,并反应析出条块状的Cr7C3相,均匀分布于Ni3Al基体中,很好地强化了基体材料。Cr7C3/Ni3Al复合材料的室、高温硬度远高于传统高温耐磨材料Stellite合金。该合金有望成为一种新型的高温耐磨表面强化材料。

激光熔覆Ni3Al/Cr3C2复合材料耐磨性能研究

采用激光熔覆技术在304不锈钢基板上制备了Ni3Al合金和Ni3Al/Cr3C2(25%,质量分数)复合材料耐磨涂层,分析了Ni3Al合金和Ni3Al/Cr3C2熔覆层的显微组织、硬度和耐磨性能。结果表明,Ni3Al/Cr3C2熔覆层显微组织由基体γ’-Ni3Al相和原位自生M7C3(M=Cr,Fe)型碳化物组成,且细小M7C3弥散分布于γ’-Ni3Al基体。与Ni3Al合金熔覆层相比较,Ni3Al/Cr3C2熔覆层显微硬度提高了约4000 MPa。650℃时,Ni3Al/Cr3C2熔覆层磨损量仅为对比材料蠕墨铸铁的28%左右,表明Ni3Al/Cr3C2复合材料熔覆层具有良好的耐磨性能。

热等静压Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料的微观组织及相组成

采用热等静压技术(HIP)在1160℃、100MPa条件下制备出Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料,研究了Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料的微观组织和相组成。结果表明,Cr_3C_2初始颗粒首先溶解成Cr和C原子,并往基体中扩散;冷却过程中,溶解的Cr和C原子转化为稳定的Cr_7C_3结构;由于Ni_3Al合金中的Fe易与C形成稳定碳化物,促使Fe原子从基体中往Cr_7C_3结构中发生上坡扩散,并取代Cr_7C_3结构中的部分Cr原子形成M_7C_3(M为Cr、Fe,余同)结构的扩散相。当Cr_3C_2初始颗粒较大时,在高温过程中,Cr_3C_2颗粒未能全部溶解,而未溶解的Cr_3C_2颗粒芯部在冷却过程中仍保持为Cr_3C_2结构。该条件下制备的Cr_3C_2/Ni_3Al复合材料主要由Cr_3C_2硬芯相、M_7C_3扩散相和γ′-Ni_3Al基材相组成,其中Cr_3C_2硬芯相和γ′-Ni_3Al基材相通过M_7C_3扩散相形成良好的扩散连接;该结构的复合材料磨损后表面Cr_3C_2颗粒末发生剥落且沟槽在铬碳化物处发生中断,表现出良好的耐磨性。

Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

在高温合金中,元素H f和Zr可以促进γ+γ′共晶、MC(2)碳化物、M2SC碳硫化物和N i5M相的形成,改变草书状MC和M3B2成为块状并且通过净化晶界或枝晶间自由态的S来提高这些薄弱部位的结合强度,从而延迟裂纹的形成和扩展。H f和Zr可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性。H f,Zr抑制次生碳化物M23C6和M6C的生成,从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性。H f,Zr降低合金的初熔温度,N i5H f和N i5Zr相的初熔被认为是H f,Zr影响初熔的主要原因。通过1150℃/8h的预处理,N i5H f以N i5H f+γ(C)→MC(2)+γ反应或者固溶两种方式被消除。元素H f可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围,还能降低枝晶间液池沟通所需的液体量。在凝固后期枝晶间的富H f熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应,这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素。具有高的化学活性的富H f液膜容易在铸件表面形成H f2O薄层。H f和Zr是钎焊用中间层合金的降熔点元素。根据凝固过程中富H f,Zr熔体的成分最终发展出N i-18.6Co-4.5Cr-4.7W-25.6H f和N i-10Co-8Cr-4W-13Zr两种中间层合金,使单晶高温合金的无S i、B连接成为现实。还发展出了定向凝固片状N i3A l/N i7H f2共晶合金,成分为N i-5.8A l-32H f和N i-4A l-26H f-8Cr-4W。N i-5.8A l-32H f合金的最佳凝固条件为温度梯度G=250℃.cm-1和凝固生长速率R=5μm.s-1;N i-4A l-26H f-8Cr-4W,凝固条件为G=350℃.cm-1和R=1μm.s-1。

复合陶瓷刀具与奥氏体不锈钢扩散性能的研究

陶瓷刀具切削高硬钢时,刀具和工件之间的元素扩散将加剧刀具前刀面的磨损。采用双因素均匀试验法通过EDS(能谱仪)分析Al2O3基TiC增韧复合陶瓷刀具与1Cr17Ni7不锈钢中Ti和Fe的扩散结果,利用二次回归找出了温度与高温持续时间双因素对扩散的影响函数方程。方程指出温度对扩散的影响比时间更显著。不同温度所需的扩散激发时间不同,900℃时只需69 min。同时使用显微硬度仪对扩散与刀具和工件显微硬度的影响进行了研究。扩散副交接面处Al2O3基TiC增韧复合陶瓷硬度降低了1/2。