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添加Mo2TiC2的新型两相Mo-Si-B合金的制备与韧化机制研究

批准号:
52074219
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张国君
依托单位:
学科分类:
粉末冶金与粉体工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张国君

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
钼硅硼合金在1200℃以上高温下具有优异的抗氧化和抗蠕变等综合性能。但目前该合金室温韧性与高温强度及抗氧化性能之间存在显著的负相关关系制约了该合金在高温合金领域的应用推广,本项目针对此矛盾,以提高合金的室温韧性而不降低高温强度及抗氧化性能为目标,拟研究开发一种仅由Mo与Mo5SiB2两相组成的新型钼硅硼合金材料及其粉末冶金制备技术,通过微观组织设计与调控,澄清两相各自及相互耦合对合金性能的影响规律与微观作用机制;通过添加具有MXene相结构且能显著韧化钼合金的的Mo2TiC2颗粒,系统研究该颗粒添加所引起的钼硅硼合金微观组织细化、断裂行为、高温氧化行为及其对性能的影响规律。阐明所研究合金微观结构参数及其耦合作用所产生的韧化和抗氧化机理,并建立相应的微观力学模型,获得钼硅硼合金的成分、微观组织、力学性能及抗氧化性能之间的关联。研究结果可为开发具有理想综合性能的高温合金提供实验数据和理论基础。
英文摘要
There is a significant negative correlation between the room temperature toughness and the high temperature strength and oxidation resistance of the Mo-Si-B alloy, although the Mo-Si-B alloy has excellent comprehensive properties, oxidation resistance and creep resistance properties at high temperature above 1200 ℃, which affects the applications of the alloy in the field of high temperature. In order to addresses this contradiction and improve the room temperature toughness of the Mo-Si-B alloy without reducing the high temperature strength, this project aims to develop a new two-phase Mo-Si-B alloy which composed of Mo and Mo5SiB2 only. The alloy with different microstructure will be designed and prepared to clarify the influence and mechanism of two phases and their mutual coupling on the properties. By adding MXene phase structure Mo2TiC2 particles, which can significantly toughen molybdenum alloys, the microstructure refinement, fracture behavior, high-temperature oxidation behavior and its influence on properties will be systematically studied. The microstructure parameters of the alloys studied and their toughening and oxidation resistance mechanisms will be clarified, and corresponding mechanical models will be established, and the relationship among the composition, microstructure, mechanical properties and oxidation resistance of the alloy will be obtained. The research results can provide experimental data and theoretical basis for the development of high temperature alloys with high room temperature toughness and good high temperature strength and oxidation resistance.
Mo-Si-B合金是极有潜力用于航天航空发动机涡轮叶片用高温结构材料之一。然而,该合金室温韧性与高温强度及抗氧化性能之间存在此涨彼消的矛盾,制约了其推广和应用。本项目研究开发了一种由Mo与Mo5SiB2两相组成的新型Mo-Si-B合金材料,建立了成分、微观组织与力学性能和抗氧化性能之间的联系,澄清了其韧化机制与高温抗氧化机制。通过添加层状Mo2TiC2(MXene相)和Mo2TiAlC2(MAX相)第二相颗粒进一步强韧化Mo-Si-B合金,系统研究了颗粒添加对合金微观组织、力学性能和抗氧化性能的影响规律,明晰了该合金的断裂机制与强韧化机理,揭示了高温变形与抗氧化机理。.取得的主要研究结果如下:.(1)通过两相Mo-Si-B合金的成分设计与微观组织调控,建立了该合金组织与力学性能及抗氧化性能间的联系,揭示了韧化机制与抗氧化机制;Mo5SiB2含量为65 wt%时,合金表现出优异的抗氧化性能和良好的室温韧性;.(2)获得了Mo2TiAlC2和Mo2TiC2添加对Mo-Si-B合金微观组织、室温韧性与强度的影响规律,揭示了添加MAX或MXene相引起的多重强韧化机制;.(3)研究了添加Mo2TiAlC2和Mo2TiC2相Mo-Si-B合金的成分、微观组织与高温力学性能之间的联系,获得了合金高温变形机制与强化机理;.(4)建立了Mo2TiAlC2添加Mo-Si-B合金的Arrhenius型方程本构模型,模拟了应力随温度、应变速率和应变的变化规律,绘制了合金的热加工图;.(5)构建了两相Mo-Si-B合金中颗粒添加量、微观组织与抗氧化性能的联系,获得了抗氧化性能的主要影响因素。.以上研究工作所获得的Mo2TiAlC2/Mo2TiC2添加两相Mo-Si-B合金具有高的断裂韧性(11.5-14.1MPa∙m1/2)、室温强度(2.8-3.4GPa)、高温强度(1200℃,800-920MPa)和良好的高温抗氧化性能(1100-1350℃),同时,该合金可在1300~1400℃/0.001~0.0001 s-1条件下实现良好的变形加工。.以上研究结果可为钼基高温合金微观组织设计与性能调控提供实验数据和理论基础。
双尺度晶粒/双尺度颗粒新型钼硅硼合金的微观组织调控与强韧化机理
  • 批准号:
    51674196
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    张国君
  • 依托单位:
双尺度分布氧化镧颗粒掺杂钼合金的高温力学行为研究
  • 批准号:
    51371141
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    张国君
  • 依托单位:
纳米氧化镧掺杂细晶钼硅硼合金制备及其组织性能优化
  • 批准号:
    51171149
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    张国君
  • 依托单位:
钼合金多重强化效果的单因素相关性研究
  • 批准号:
    50801051
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    张国君
  • 依托单位:
国内基金
海外基金