一种利用B4C提高Nb-Si基高温合金韧性的方法

本发明涉及一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法。

背景技术：

1、由于航空航天技术的飞速发展，现服役的镍基高温合金使用温度已达其极限使用温度(1150℃)，接近其熔点的85％，已经不满足更高温度的使用要求。因此研发一种更高承温能力及更大推重比的超高温结构性材料是目前广大科研工作者的重点。

2、难熔金属铌(熔点2742k，密度8.43g/cm3)及其金属间化合物由于其极高的熔点和较低的密度受到广泛关注,但是铌基合金在保证其高温强度的同时却很难保证其塑性，目前室温断裂较差仍是限制铌基合金应用的首要技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有铌基高温合金室温断裂韧性差的问题，提出了一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法。

2、本发明一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法按以下步骤进行：

3、一、按照原子百分比12-18％的si、5-15％％的ti、25-35％的zr、1％-5％的al、1％-3％的b4c以及余量为nb的比例称取si、ti、zr、al、b4c和nb，然后清洗、烘干，得到原材料；

4、二、将原材料放置于熔炼炉的坩埚中，关闭炉门抽真空后充入高纯氩气，在氩气保护下进行熔炼，随后炉冷得到合金铸锭；

5、三、反复熔炼冷却后得到nb-si基高温合金。

6、本发明具有如下有益效果：

7、1、本发明合金体系中引入了少量的ti元素以及较大含量的同族zr元素，ti元素是铌硅合金常用的增韧元素，可以有效降低铌硅合金的派纳势垒能，但是ti元素由于其较低熔点对合金的高温性能有所影响，所以引入同族zr元素来替代较大比例的ti元素，不仅可以避免因ti元素引入造成的高温性能损耗，而且可以避免因ti元素偏析而造成的合金室温性能下降的问题，同时合金中加入b4c，一方面间隙元素b可以调控合金中si原子的扩散速率，另一方面c元素则是铌硅合金的增韧元素，有利于合金室温断裂韧性的提升。

8、2、本发明的nb-si基高温合金室温断裂韧性较基体提升明显，最高提升了50.21％，同时合金的强度也同步提升，最高提升了15.70％。

9、3、本发明的nb-si基高温合金采用真空电弧熔炼方法制备而成，制备工艺简单，成本较低，可用于多种高温合金制备。

技术特征：

1.一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于，步骤一按照原子百分比16％的si、10％的ti、30％的zr、2％的al、1％的b4c以及余量为nb的比例称取si、ti、zr、al、b4c和nb。

3.根据权利要求1所述的一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于，步骤一按照原子百分比16％的si、10％的ti、30％的zr、2％的al、2％的b4c以及余量为nb的比例称取si、ti、zr、al、b4c和nb。

4.根据据权利要求1所述的一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于步骤一中的清洗方式为利用酒精加超声波的震荡清洗，超声功率为100-130w，清洗频率为20-25khz，清洗时间≥15min。

5.根据据权利要求1所述的一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于步骤一中烘干温度为50-70℃。

6.根据权利要求1所述的一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于，步骤二将原材料按al、si、ti、b4c、zr和nb的顺序从下至上依次放置于水冷铜坩埚中。

7.根据权利要求1所述的一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于熔炼前在中心坩埚处放置一块海绵钛，熔炼时先熔炼海绵钛2min。

8.根据权利要求1所述的一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于步骤二中利用预抽阀和机械泵将炉内气压抽至1pa，后充入高纯氩气洗炉，充10秒后关闭氩气阀，继续抽炉内气压为1pa时，关闭预抽阀并打开主抽阀抽真空至4*10-3pa，后充入高纯氩气至炉内压力为0.03mpa时，关闭氩气阀门，进行熔炼。

9.根据权利要求1所述的一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于所述的熔炼先使用200-300a的电流将原材料熔化，后升电流至600-700a，熔炼3min，得到合金铸锭。

10.根据权利要求1所述的一种利用b4c提高nb-si基高温合金韧性的方法，其特征在于步骤三待冷却后利用机械臂将合金铸锭反转，反复熔炼5次，得到nb-si基高温合金。

技术总结一种利用B<subgt;4</subgt;C提高Nb‑Si基高温合金韧性的方法，本发明涉及一种利用B<subgt;4</subgt;C提高Nb‑Si基高温合金韧性的方法，本发明的目的是为了解决现有铌基高温合金室温断裂韧性差的问题，本发明铌基高温合金，由Nb、Si、Ti、Zr、Al和B<subgt;4</subgt;C元素组成，化学式为NbSiTiZrAlB<subgt;4</subgt;C，制备方法为：将原材料置于真空电弧熔炼炉中，在真空环境下充入高纯氩气进行保护熔炼，随炉冷却后得到所需纽扣锭。本发明制备的铌基高温合金室温断裂韧性可实现较大提升，最高提升50.21％，压缩强度提升了15.70％，本发明应用于高温合金领域。技术研发人员：陈瑞润,王晓伟,王琪,王琪斌,苏彦庆,吴士平,丁宏升受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1