NiAl共晶合金的高温氧化行为的研究(2)
1.1.2 金属间化合物的铸造
金属间化合物铸造工艺分为熔模铸造砂型铸造、、低压铸造、近净成形铸造、定向凝固、喷射铸造等[2]。
1.1.3 金属间化合物的分类
(1)Ti3Al基金属间化合物
Ti3Al基合金的研究已有40多年历史。为了填补常规ɑ-Ti合金使用温度(550-600℃)及镍基超合金使用温度(650-800℃)之间的空白，开发D019型hcpTi3Al基合金。虽然在室温下ɑ-Ti3Al相呈脆性，但通过添加质量分数大于10%的bcc-β稳定剂——铌可以使其获得一定的塑性。在Ti3Al-Nb体系的基础上,研制出了根据β稳定剂含量区分的3 种不同类型的合金,它们分别含0-12%,14%-17%及25%-30%(均为摩尔分数)的β稳定剂[3]。
（2） Fe-Al系金属间化合物
以Fe3Al和FeAl为基的铁基铝化物主要用作恶劣环境下的高温结构材料。这是因为它们具有优良的抗氧化性、耐腐蚀性、相对低的密度(与铁基和镍基合金相比)及低的材料成本。室温塑性较低是该系合金的主要不足,低温度环境下容易产生环境氢脆。有研究表明,Fe3Al为韧性材料,空气中试验时观察到塑性较差主要是外部因素引起的。导致该合金低的塑性的主要原因之一是湿气诱发氢脆。
Fe3Al：从20世纪30年代到80年代初的半个世纪里,在Fe3Al基合金的力学行为、抗氧化、耐腐蚀性能以及组织、结构和相关的相变过程的研究上已经取得了非常多的研究成果,但是其强度急剧下降如果室温脆性以及温度超过600℃后。这被认为是Fe3Al基合金的致命弱点,将阻碍这类材料被广泛应用作为结构材料在工业上。添加铈和铬等合金元素可以很大程度上改善Fe3Al基合金的室温强度和塑性, 而且添加微量铈对合金的高温力学性能进行改善。近10多年来, 对Fe3Al基合金的研究取得了显著进步,这类材料已用于抗氧化部件、抗氧化及抗腐蚀磨损部件、抗氧化及抗腐蚀部件。
FeAl：梁广川等指出,在室温下,FeAl合金的脆性较高,断裂强度低;而在高温状态下大晶粒的FeAl合金经常表现出超塑性。环境氢脆是FeAl合金室温脆性的原因之一,氢高浓度空位是室温脆化的另一个原因。添加锰、铬和镍等第三元素有助于消除氢脆,从而改善室温塑性;减小晶粒尺寸也可使FeAl合金的室温性能得到改善[4]。
(3) Ni-Al系金属间化合物
Ni3Al：Ni3Al基合金是研究最多的金属化合物之一。它具有L12型有序晶体结构。室温下，Ni3Al单晶呈脆性,且多晶Ni3Al以脆性晶间断裂模式失效,表明晶界具有本质脆性。将微量硼元素添加到Ni3Al合金（铝的质量分数低于25%）中,此时，硼原子将向晶界偏聚,从而晶界粘结强度提高,更容易发生晶界滑移并因硼原子占据氢原子阵点位置防止氢脆,从而塑性和断裂强度得到改善。高温下,在含氧空气中，Ni3Al合金更容易产生环境脆性。760℃空气试验表明,该合金呈完全晶间断裂。添加6%-10%(摩尔分数)的铬可以提高高温塑性。Ni3Al合金中出现的反常强化现象,即屈服强度随温度升高而增加的现象,使该合金在较高的温度下具有竞争力。在700℃Ni3Al合金的塑性可达25%-40%;其蠕变性能和镍基超合金大抵相同，但是它的疲劳裂纹长大性能和疲劳性能比后者好的多。
NiAl：NiAl合金有许多优点，主要表现在其熔点高,密度低,抗环境性能好,导热率高,弹性模量高,当其在韧-脆转变温度以上时具有类似于金属的性能,成本低,常见的该合金的生产方法为常规的熔铸、粉末冶金和压力加工等。它的主要缺点是高温强度和蠕变性能一般，室温塑性低和断裂韧性差。为了提高NiAl合金的塑性,人们采取了一系列方法,如改变滑移系,细化晶粒消除晶界,加硼、铁和钼实现微合金化以及添加塑性相制备复合材料；为了改善蠕变抗力,人们采取了固溶强化、沉淀强化、弥散强化和生产复合材料等方法[5]。