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Laves相NbCr2因其优良的高温性能而具有作为新型高温结构材料的应用潜力。但其室温脆性却限制了它的实际应用。如何改善NbCr2的室温脆性是目前材料界的研究热点之一。本文采用机械合金化+热压工艺路线,通过细晶增韧+软第二相协同增韧的方法来改善其室温脆性。
化学计量配比成分的Nb-Cr混合粉的机械合金化结果表明,球磨过程中始终没有合成出Laves相NbCr2,但随球磨时间的增加,晶粒逐渐细化,并逐渐演变成Cr(Nb)和Nb(Cr)过饱和固溶体。
不同球磨时间的Cr-33.3Nb粉,经1250℃×30min热压后的试样组织观察和性能检测表明,Cr-33.3Nb合金热压试样的力学性能起初随球磨时间的增加而有所提高,组织也更加均匀细化,但进一步提高球磨时间,力学性能下降。在球磨40h时力学性能达到最优点,其致密度、维氏硬度、抗压强度分别达到98.07%、11.43GPa、1981MPa。但所有试样的塑性应变均为0.00%,这说明室温压缩时试样未出现塑性变形就已破裂。
为了进一步改善Laves相NbCr2合金的韧性,采用Cr固溶体和Nb固溶体作为第二相来韧化Laves相NbCr2合金。根据前期的研究结果,本文采用了Cr-25Nb(Laves相体积含量为78%)和Cr-77.5Nb(Laves相体积含量为30%)两种成分的合金来考察软第二相的增韧效果。不同球磨时间的Cr-25Nb粉和Cr-77.5Nb粉,经1250℃×30min热压后的试样组织观察和性能检测表明,这两种合金的力学性能也是起初随着球磨时间的增加而提高,进一步提高球磨时间,力学性能下降。其中,Cr/NbCr2两相合金在球磨40h时基本达到性能最优点,其致密度、维氏硬度、抗压强度和塑性应变分别达到99.24%、8.93GPa、2153MPa和8.42%;而Nb/NbCr2两相合金在球磨30h时基本达到性能最优点,其致密度、维氏硬度、抗压强度和塑性应变分别达到99.42%、9.37GPa、3280MPa和6.67%。相比较单相NbCr2合金,两相Cr/NbCr2和Nb/NbCr2合金强度和塑性都大大提高,充分实现了细晶增韧+软第二相增韧的效果。
为了考察热压时间对力学性能的影响,本文在最优化的球磨时间基础上进一步研究了热压10min和20min的试样性能。结果表明,对于单相Cr-33.3Nb合金和两相Cr/NbCr2合金,力学性能最优的热压时间均为30min;而对于两相Nb/NbCr2合金,力学性能最优的热压时间是20min,其致密度、维氏硬度、抗压强度和塑性应变分别达到99.23%、9.41GPa、3345MPa和7.01%。