原位合成两相Cr/NbCr2合金高温力学性能研究

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Cr/Nb Cr2合金是一种极具应用潜力的新型高温结构材料,本文基于前期研究成果,采用机械合金化和热压烧结工艺制备了成分为(Cr-12Nb)-4.4Ni两相Cr/Nb Cr2合金,研究了该合金的高温压缩力学性能,探讨了合金元素Ni对Cr-12Nb两相Cr/Nb Cr2合金高温力学性能的影响;并且基于BP人工神经网络构建了合金本构模型;最后通过高温变形组织研究了(Cr-12Nb)-4.4Ni和Cr-12Nb两种合金在高温压缩过程中的变形机制。主要研究结果如下:在900℃和1000℃时高温变形,(Cr-12Nb)-4.4Ni两相Cr/Nb Cr2合金的应力-应变曲线为流变软化型,且流变软化程度与应变速率和温度密切相关,当变形温度越低、应变速率越大时,流变软化程度越明显;当变形温度提高为1200℃时,应力-应变曲线呈稳态流动型。对比未合金化的Cr-12Nb两相Cr/Nb Cr2合金而言,当应变速率较高(=0.1s-1,0.01s-1)时,添加适量的Ni后,两相Cr/Nb Cr2合金的高温强度有明显提高。当应变速率为0.1 s-1,变形温度分别为800℃、1000℃和1200℃时,合金化后合金的压缩强度分别提高了23.5%、14.2%和154.3%,屈服强度分别提高了22.8%、33.6%和214.8%;当应变速率为0.01s-1、变形温度分别在800℃、1000℃和1200℃时,压缩强度分别提高了20.2%、3.9%和183.2%,屈服强度分别提高了27.3%、36.3%和261.3%;而当应变速率较小(=0.001s-1)时,合金化对压缩强度和屈服强度的影响不明显。以上结果表明适量添加Ni能有效提高Cr-12Nb两相Cr/Nb Cr2合金在中高应变速率下的高温力学性能。同时利用Arrhenius方程计算了两相Cr/Nb Cr2合金应变量为0.4时所对应的变形激活能,计算结果表明采用Ni合金化能有效降低Cr-12Nb两相Cr/Nb Cr2合金的变形激活能。基于BP人工神经网络分别构建了成分为Cr-12Nb和(Cr-12Nb)-4.4Ni的两种两相Cr/Nb Cr2合金的热变形本构模型。预测结果表明:该模型能有效的预测两相Cr/Nb Cr2合金在热变形过程中加工硬化和动态软化现象,并且具有很高的预测能力。对Cr-12Nb两相Cr/Nb Cr2合金在800℃-1200℃进行压缩变形后的微观组织分析表明:随着变形温度的升高,基体相软化程度逐渐增加,变形机制始终由位错滑移为主导;当在高温变形阶段,随着应变速率的增加,基体相内部位错组态更加明显,变形机制还是以位错运动为主;在变形过程中,硬质的Laves相变形程度较小,基本是以孪生变形为主,且在相同应变速率下,孪生组织随着变形温度的升高而减少;在相同温度下,随着应变速率的增加而增多。对采用Ni合金化的(Cr-12Nb)-4.4Ni两相Cr/Nb Cr2合金变形微观组织与未合金化的对比研究表明,Ni原子主要分布于Nb Cr2晶粒中,在高温压缩变形过程中,采用Ni合金化能有效促进两相Cr/Nb Cr2合金晶粒内部位错的增殖,增加材料变形阻力,提高硬质Laves相颗粒的高温塑性,从而最终提高材料的高温压缩力学性能。
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