Fundamental characterization of novel Mo-Si-B-Ti-alloys at ultra-high temperatures

超高温下新型Mo-Si-B-Ti合金的基本表征

基本信息

项目摘要

The aim of the intended research project is the development of new, structural Mo-Si-B-based alloys with improved properties for application temperatures up to 1300°C. In the course of the first funding period we succeeded in the alloy development to broaden significantly the ternary Moss-T1-T2 phase field in the Mo-Si-B-Ti system with small amounts of Fe. We produced for the first time ternary alloys containing the (Mo,Ti)5Si3 phase with excellent oxidation resistance at 750-1300°C. The catastrophically oxidizing (Mo,Ti)3Si phase could be avoided utilizing the arc-metallurgical processing route. It was found that Mo-Si-B-Ti-alloys outplay both the Mo-Si-B alloys and the Ni-based singly crystal alloys with respect to mechanical, i.e. creep, properties. Regarding the high temperature oxidation behaviour fundamental knowledge for the specific adjustment of a protective SiO2-TiO2-duplex layer has been gained due to the fruitful cooperation of the both institutions KIT and USiegen. In addition, sufficient experimental data have been collected for a sound, realistic simulation of inner and outer oxidation processes which will serve as an important tool for the exploitation of the existing potential of Mo-Si-B-Ti-Fe alloys. Greatest endeavor of the present proposal will be the determination of the chemical composition of technically applicable Mo-Si-B-Ti-Fe alloys. Main emphasis will be placed on the impact of the observed Ti-silicides on the already excellent mechanical properties and the intrinsic oxidation resistance. This implies the extensive characterization of the microstructure, the nature/effect of the Ti-silicide precipitates on the deformation behaviour of the solid solution phase and the isothermal/cyclic oxidation resistance of Mo-Si-B-Ti-Fe alloys. To enable an efficient development cycle, the evaluation of the alloy compositions with an improved balance of mechanical and oxidative properties should occur by the interplay between mechanism-based simulation and experimental results. The assessment of the oxidation process of different Mo-Si-B-Ti-Fe alloys has to be performed dependent on the temperature, the microstructure and the chemical composition using a FEM model considering the real microstructure by embedding spatially- and time-resolved kinetic calculations as well as local thermodynamic equilibrium calculations. Selected compositions with simulation based predicted property improvement shall be produced and investigated to verify the simulation model.
预期研究项目的目的是开发新的,结构性MO-SI-B的合金,具有提高的性能,可用于1300°C的应用温度。在第一个融资期间,我们成功地取得了合金开发,在Mo-Si-b-Ti系统中显着扩大了少量Fe的Moss-T1-T2相位场。我们首次生产了含有(MO,Ti)5SI3相的三元合金,在750-1300°C下具有出色的氧化抗性。灾难性地氧化(MO,Ti)3SI相可以使用弧形 - 金属处理途径避免。发现Mo-Si-b-Ti-Alloys在机械(即蠕变,性能)方面均输出Mo-Si-B合金和基于Ni的单晶合金。关于高温氧化行为,由于机构套件和usiegen的富有成效的合作,已经获得了受保护的SIO2-TIO2消木层的特定调整的基本知识。此外,已经收集了足够的实验数据,以对内部和外氧化过程进行逼真的仿真,这将是利用Mo-Si-B-Ti-FE合金现有潜力的重要工具。本提案的最大努力将是确定技术上适用的Mo-Si-B-Ti-Fe合金的化学组​​成。将重点放在观察到的ti-硅化物对已经出色的机械性能和固有氧化耐药性的影响上。这意味着微观结构的广泛表征,ti-硅化剂精度对固溶液相的变形行为以及Mo-Si-B-Ti-Fe合金的等温/环状氧化抗性的性质/效果。为了实现有效的开发周期,应通过基于机制的仿真和实验结果之间的相互作用来评估机械和氧化特性平衡的合金组合物的评估。必须使用FEM模型对不同的Mo-Si-B-Ti-FE合金的氧化过程进行评估,从而根据温度,微观结构和化学组成进行评估,该模型通过嵌入空间和时间分辨的动力学计算以及本地热力学平衡计算来考虑实际微观结构。应生产并研究具有基于模拟的预测性能改进的选定组成,以验证模拟模型。

项目成果

期刊论文数量(7)
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专利数量(0)
Effect of Ti content and nitrogen on the high-temperature oxidation behavior of (Mo,Ti)5Si3
  • DOI:
    10.1016/j.intermet.2017.05.023
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    M. Azim;B. Gorr;H. Christ;Olena Lenchuk;K. Albe;D. Schliephake;M. Heilmaier
  • 通讯作者:
    M. Azim;B. Gorr;H. Christ;Olena Lenchuk;K. Albe;D. Schliephake;M. Heilmaier
Effect of Ti addition on the thermal expansion anisotropy of Mo5Si3
  • DOI:
    10.1016/j.actamat.2017.02.066
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.4
  • 作者:
    M. Azim;H. Christ;B. Gorr;T. Kowald;Olena Lenchuk;K. Albe;M. Heilmaier
  • 通讯作者:
    M. Azim;H. Christ;B. Gorr;T. Kowald;Olena Lenchuk;K. Albe;M. Heilmaier
High-temperature oxidation behavior of Mo–Si–B-based and Co–Re–Cr-based alloys
MoâSiâB基和CoâReâCr基合金的高温氧化行为
  • DOI:
    10.1016/j.intermet.2013.10.008
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    B. Gorr;L. Wang;S. Burk;M. Azim;S. Majumdar;H.-J. Christ;D. Schliephake;M. Heilmaier
  • 通讯作者:
    M. Heilmaier
High-Temperature Creep and Oxidation Behavior of Mo-Si-B Alloys with High Ti Contents
  • DOI:
    10.1007/s11661-013-1944-z
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    D. Schliephake;M. Azim;K. Klinski-Wetzel;B. Gorr;H. Christ;H. Bei;E. George;M. Heilmaier
  • 通讯作者:
    D. Schliephake;M. Azim;K. Klinski-Wetzel;B. Gorr;H. Christ;H. Bei;E. George;M. Heilmaier
Characterization of Oxidation Kinetics of Mo–Si–B-Based Materials
  • DOI:
    10.1007/s11085-016-9659-3
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    M. Azim;B. Gorr;H. Christ;M. Heilmaier;U. Koch;M. Engelhard
  • 通讯作者:
    M. Azim;B. Gorr;H. Christ;M. Heilmaier;U. Koch;M. Engelhard
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