V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响
钢材中各元素对性能性的影响
钢材中各元素对性能性的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30-0.50%,在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
各元素对焊接的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
各种元素对材料的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
各种元素对钢材性能的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
各种元素对钢材性能的影响
1、碳(C):钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅(Si):在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15-0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过 0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入 1.0-1.2%的硅，强度可提高15-20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1- 4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰(Mn):在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30 — 0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算锰钢”较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11-14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷(P):在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫(S):硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于 0.040%。
在钢中加入 0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬(Cr )：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
各种合金元素对钢性能的影响
三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。
五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%，硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。
硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
V,Al对Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响
第28卷 第5期2008年10月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol 128,No 15 Oct obe r 2008V,A l 对Nb 2S i 系超高温结构材料抗氧化性能的影响康永旺1,曲士昱2,宋尽霞1,韩雅芳1(1.北京航空材料研究院先进高温结构材料国防重点实验室,北京100095;2北京航空材料研究院21室,北京100095)摘要:采用真空非自耗电弧炉制备了Nb 222Ti 212Si 三元以及三种不同V,A l 含量的Nb 2Ti 2Si 2V 2A l 五元Nb 2Si 合金,研究了四种合金铸态显微组织和1250℃的抗氧化性能。
结果表明:V,A l 的加入促进了反应Nb 3Si →Nb ss +Nb 5Si 3,使合金相组成由Nb ss +Nb 3Si 转变成为Nb ss +Nb 5Si 3,从而增加了合金中Nb ss 相体积分数;合金的抗氧化性能随V,A l 含量的增加而提高;V,Al 的加入使合金氧化皮结构发生了转变,生成了较为致密的氧化皮,降低了合金的氧化速率,减少了合金氧化皮的剥落和金属氧化损失量。
Nb 22119Ti 21119Si 2414V 2411Al 经过1250℃/50h 氧化后金属损失厚度仅为011mm 。
关键词:N b 2Si 系合金;超高温结构材料;金属间化合物;显微组织;抗氧化性能中图分类号:T G14614 文献标识码:A 文章编号:100525053(2008)0520006205收稿日期225;修订日期252基金项目北京航空材料研究院基金(65)作者简介康永旺(—),男,博士生,(2)y @6。
自十九世纪四十年代后期以来,N i 基高温合金一直扮演着航空发动机热端部件用材的主角,对于整个航空动力发展的影响巨大。
据称,N i 基高温合金零部件约占现代航空发动机总重的70%[1]。
虽然在过去30多年里,高温合金成分的优化和铸造技术的进步使得航空发动机高压涡轮进口温度提高了125℃,但是N i 基高温合金的熔点大约在1350℃左右,使用温度已经达到了极限[2-4]。
材料中的化学元素对热处理的影响
材料中的化学元素对热处理的影响钢性, 化学元素钢材中都含有各种各样的杂质，杂志含量的多寡，直接影响到钢材的物理化学性质%26mdash;%26mdash;1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当含碳量超过0.23%时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算%26ldquo;锰钢%26rdquo;，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于 0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
Nb-Si金属间化合物基超高温合金研究进展
Nb-Si金属间化合物基超高温合金研究进展贾丽娜;翁俊飞;沙江波;周春根;张虎【期刊名称】《中国材料进展》【年(卷),期】2015(034)005【摘要】Nb-Si金属间化合物基超高温合金具有熔点高、密度低、高温强度和加工性能良好的优点,被认为是最有希望取代第3代Ni基单晶高温合金的候选材料.介绍了Nb-Si金属间化合物基超高温合金的典型组织特征、合金成分优化、组织控制以及组成相的作用等方面的研究进展.目前,室温韧性、高温强度和高温抗氧化性能等单项指标基本达到应用要求,但综合性能指标距航空发动机热端部件的应用要求还有较大差距.未来,在合金优化设计的基础上,如何寻求更合适的组织控制途径,实现室温韧性、高温强度和高温抗氧化性能硅化物的综合匹配,是Nb-Si金属间化合物基超高温合金发展的重要研究方向.【总页数】7页(P372-378)【作者】贾丽娜;翁俊飞;沙江波;周春根;张虎【作者单位】北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TG132.3+2【相关文献】1.Nb-Si基超高温合金的定向凝固研究进展 [J], 燕云程;康永旺;宋尽霞;丁宏升2.Nb-Si基超高温合金研究进展 [J], 沙江波3.Nb-Si金属间化合物基超高温合金研究进展 [J], 张虎;原赛男;周春根;沙江波;赵新青;贾丽娜4.Nb-Si基超高温合金的研究进展 [J], 郑蕾;贾丽娜;张虎;徐惠彬5.Nb-Si基超高温合金制备技术及抗氧化硅化物渗层 [J], 郭喜平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Al、V 元素对TiAl-V 三元合金铸态组织的研究
Al、V 元素对TiAl-V 三元合金铸态组织的研究摘要：本文利用高真空多功能电弧熔炼设备制备出Ti-Al-V 三元合金钮扣锭，并对其进行了金相、扫描电镜组织分析和研究。
结果发现，在该熔炼条件下Ti-Al-V 三元合金的宏观凝固组织为典型的柱状晶组织，其显微组织为典型的树枝晶。
对于不同V 含量的Ti-Al-V 三元合金而言，V含量的加入并不能明显影响TiAl 基合金的凝固路径。
随着Al 含量的增加，Ti-Al-V三元合金的凝固初生相由β 相向α 相演变。
而且，随着V 含量的增加，Ti-Al-V 三元合金的硬度值会逐渐升高。
但是当Al 含量较高时，其硬度值增加的幅度减小。
关键词：TiAl-5Nb 合金；Al 含量；铸态组织；硬度；组织演化中图法分类号：TG 146.4 文献标识码：A 文章编号：1前言TiAl 基合金以其较高的比强度、比模量及较好的高温性能等已成为一种急剧潜力的高温结构材料[1-4]。
然而，TiAl 基合金还存在着许多亟待解决的问题，如室温塑性、断裂韧性以及800°C 以上的高温抗氧化性能等[5-7]。
对此，材料科学工作者进行了大量的研究，其性能改善主要通过采用合金化、不同的热处理工艺等手段[7-9]。
由于合金化方法工艺简单、易于实现，被广大材料工作者用于改善TiAl 基合金的综合力学性能。
在众多合金化元素中，V 具有较高的熔点、较好的塑性、有延展性、易焊接、传热性好、抗酸碱性腐蚀等，而且980℃时仍有足够的强度。
V 元素通过合金化的方法加入多种金属或合金中可显著提高该合金的强度、塑性等，常加入的合金有钛铝基、铜基、镍铜基合金等[10]。
因此，在TiAl 基合金添加V元素能明显改善合金的铸造性能。
由于材料的性能对其组织具有密切的关系，因此，本研究为改善TiAl 基合金的综合力学性能奠定了一定的实验和理论基础。
2 实验材料和方法实验所用TiAl 基合金的名义成分（原子分数；下同）为Ti-xAl-yV（x=44~54；y=0.5、1、2）。
c si mn p cr s ni ti nb cu化学元素对钢性能的影响 对钢材起的作用
第 12 号元素: 镁 [化学符号]Mg, 读“美”, [英文名称]Magnesium
第 13 号元素: 铝 [化学符号]Al, 读“吕”, [英文名称]Aluminum
第 14 号元素: 硅 [化学符号]Si, 读“归”, [英文名称]Silicon
第 15 号元素: 磷 [化学符号]P, 读“邻”, [英文名称]Phosphorus
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
第 20 号元素: 钙 [化学符号]Ca, 读“丐”, [英文名称]Calcium
第 21 号元素: 钪 [化学符号]Sc, 读“亢”, [英文名称]Scandium
第 22 号元素: 钛 [化学符号]Ti, 读“太”, [英文名称]Titanium
第 23 号元素: 钒 [化学符号]V, 读“凡”, [英文名称]Vanadi合金中，如热强钢和磁性材料。
14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。
15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
各种元素对钢材性能的影响
之答禄夫天创作1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超出时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超出0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超出0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入 1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不单有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢发生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也晦气，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
元素对钢的性能的影响及裂纹的形成和影响
化学元素对钢的性能的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
合金元素Al对C-Si-Mn系高强钢高温热力学影响
202022/316近年来汽车行业节能减排的硬性需求极大激发了各大钢企及科研院所对汽车用高强钢的研发，从第一代DP/TRIP 钢，第二代TWIP 钢到第三代QP 钢，一方面，高强钢的发展逐步向兼具高强塑性及低成本方向发展，另一方面，随着产品强度的不断提升，对钢企现有产线设备能力提出了不小挑战[1-2]。
金属材料的塑性变形抗力是指在给定的变形条件下，所研究的金属材料能够实现塑性变形的应力，是衡量其可锻性能优劣的重要标志。
通过热变形行为研究可以了解不同变形条件下的变形抗力，为提高轧制力的预报精度及保证轧钢产品的尺寸精度提供依据，尤其在高强钢强度逐步提升而现有产线设备能力不变的情况下，提前了解材料的轧制力并确定合适的试制工艺尤为重要，具有重要的学术意义和工程价值[3-4]。
目前汽车用高强钢以C-Si -Mn 系产品为主，通过适当QP 工艺或TRIP 工艺后可获得良好的强塑性能及成形性能。
本文拟添加部分Al 元素降低Si 元素含量，以提高产品的表面质量，并通过DIL805A/D 淬火/变形膨胀仪分析加入Al 元素前后实验钢热变形抗力变化情况。
1实验材料及方法本文所用实验钢为Nb 、Ti 微合金化C-Mn-Si-Al 钢成分，其化学成分如表1所示。
铸锭经真空感应炉冶炼，铸坯经锻造后热轧至厚度为10mm 的中间坯，随后加工成φ5mm×10mm 的圆柱形试样。
利用Thermal-calc 热力学软件对实验钢进行热力学计算，计算所选用的数据库为TCFE9数据库，由于P ，S ，N ，O 含量很少，且对计算结果影响很合金元素Al 对C-Si-Mn 系高强钢高温热力学影响冷德平肖洋洋卢茜倩崔磊摘要通过DIL805A/D 淬火/变形膨胀仪，采用圆柱试样拉伸的方法，研究了C -Si -Mn -（Al ）系冷轧超高强钢的高温热力学行为，分析了实验钢在不同变形条件下热变形抗力的变化规律及Al 元素对热变形抗力的影响。
各种化学元素对钢材性能的影响
各元素对钢材性能的影响名词解释：铁素体（Ferrite）：碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素。
常用符号F（或α）表示。
铁素体具有体心立方结构，由于它的间隙很小，因而溶碳能力较差。
在727℃时最大溶碳量为0.0218%，随着温度下降，其溶碳量逐步减少，在室温时仅溶碳0.0008%。
铁素体的强度低，其δσb为180-280MN/m2,HB约80，但塑性好，其δ为50%。
奥氏体（Austenitic）：碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。
常用符号A（或γ）表示。
奥氏体具有面心立方晶格结构，由于它的有效晶格间隙较大，因此其溶碳能力较大，在1148℃时的最大溶碳量2.11%，随着温度的下降，其溶碳量逐步减少，在727℃是溶碳量为0.77%。
奥氏体的机械性能于其溶碳量及晶粒的大小有关。
一般来说奥氏体的硬度为170-220HBS，延伸率δ为40-50%，奥氏体存在于727℃以上的固态温度范围内。
奥氏体易于塑性成形。
渗碳体（Cementite）：C与Fe的化合物（Fe3C）称为渗碳体，其含碳量6.69%，渗碳体的熔点为1227℃，其硬度很高，约800HB,塑性和冲击韧性几乎为零，脆性极大，因此它不能作为碳钢的基体相，却是碳钢中的主要强化相。
渗碳体是一种亚稳相，在一定条件下会发生分解，形成石墨自由碳。
马氏体（Martensite）：采用快速冷却的方法，由于过冷度大，铁和碳原子都不能进行扩散，奥氏体只能由非扩散的晶格切变，有γ-Fe的面心立方晶格改组为α-Fe的体心立方晶格。
这种奥氏体直接转变一种含碳过饱和α固溶体，称之为马氏体。
各元素对钢性能的影响：锰（Mn）锰是炼钢时用锰铁脱氧而残留于钢中的，锰能清除钢中的FeO,改善钢的品质，降低钢的脆性；锰与硫化合生成MnS，消除硫的有害作用，改善钢的热加工性能。
在碳钢中锰的含量一般控制在0.25-0.80%之间，锰能溶于铁素体中，形成含锰的铁素体，起着强化铁素体的作用；锰还能溶于Fe3C中形成合金渗碳体，从而提高碳钢的强度，锰是有益的杂质元素，少量的锰对钢的性能影响不显著。
合金元素在钢中的作用
四、合金元素对Fe-Fe3C状态图的影响
在铁碳合金中加入某种合金元素后，相当于二元合金变成了 三元和金。因此，必然会引起Fe-Fe3C状态图中临界点、相 区等发生相应变化。
3.1对奥氏体形成的影响
合金元素的加入提高了钢奥氏体化温度和延长了奥氏体化的 时间。Al、Ti、Nb、V元素强烈阻止了奥氏体晶粒长大，W 、Mo中等阻止奥氏体晶粒长大，C、P、Mn（高碳时）促进 奥氏体晶粒长大。
3.2 对Fe-Fe3C状态图中γ区的影响 根据对Fe-Fe3C状态图中γ区的影响，可以将合金元素分为 扩大γ区的元素和缩小γ区的元素两大类。
二、合金元素与碳氮的作用
碳是提高钢的强度和硬度的最有效元素合金元素 根据其与钢中碳的相互作用，可分为碳化物形成元 素和非碳化物形成元素两大类。 1、非碳化物形成元素 这类元素在钢中不能与碳化合，主要以原子态存在 于奥氏体中，Si、Al、Cu、Ni和Mo等即属于这一类 元素。
2、碳化物形成元素
这类元素能与钢中的碳化合，形成各种类型的碳化物。按其与碳结合 的能力由强到弱，这类元素依次是Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn 。只要有碳化物形成元素存在，Fe3C就不是钢中唯一的碳化物。 Ti、Zr、V、Nb等是强碳化物形成元素，能与碳单独结合，形成TiC、 ZrC、VC、NbC等特殊化合物。 Mn是弱碳化物形成元素，多溶于渗碳体中，形成渗碳体类型的碳化物 ，如（Fe、Mn)3C，这类碳化物常称为合金渗碳体。 W、Mo、Cr等是中强合金元素，当其含量低时，多溶于渗碳体，形成（ Fe、W)3C、（Fe、Mo)3C、（Fe、Cr)3C等合金渗碳体；而当其含量 足够高时，则单独形成（W、Fe)6C、（Cr、Fe)7C3和Cr23C6等特殊化 合物。
各种元素对钢性能的影响(共18种元素)
当Al含量增加至3～5%时，8～9%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。
因此而大大增加钢的机械热加工的困难，也使钢极易脱碳。
（其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构，且其晶体的解理极弱，所以导热性低，加热时容易出现大的温度差而锻裂，甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。
此外，它在800℃以上的高温长时间停臵也极易变脆。
一般合金钢中含Al量：合金结构钢：Al=0.4～1.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)耐热不起皮钢：Al=1.1～4.5% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si 等)电热合金： Al=3.5～6.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等)甚至Al=8% Cr7Al7：考虑电热合金受荷不大，虽有脆性，仍可使用。
2、Si（1）一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%，更多时（4.8～6.5%）将使钢具有很高的脆性。
Si的有益作用：高的热强性和弹性极限，高的导磁率，涡流损失少。
①象Al、Cr一样，其氧化物均是尖晶石类型的组织。
其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。
因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起，氧化皮紧密地被贴在金属上，甚至在高温下也不剥落。
所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能，而被加入耐热钢。
②有利于提高钢的弹性极限，在中碳钢中加入1～2%的Si，调质中σb 将增15～20%，而Aku也提高了，还提高了σs和δ。
③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。
此钢可制轴承，甚至作为工具钢代替，制冲头，拉模、弯曲模等。
④脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含Si，其量≤0.5%。
⑤硅可减小晶体的各向异性，使磁化容易，使磁阻减小，它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害（使%C石墨化，脱氧，与N形成氢化硅等）。
所以可大大减少涡流损失。
由于硅的脆性，目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%，最多只为4.8%，正在研究提高至6.5%。
各种元素对钢性能的影响(共18种元素)
②加速脱碳当Al含量增加至3～5%时，8～9%将会大大地促进钢锭的柱状结晶过程。
因此而大大增加钢的机械热加工的困难，也使钢极易脱碳。
〔其热加工之所以困难是因为该合金钢锭具有粗晶结构，且其晶体的解理极弱，所以导热性低，加热时容易出现大的温度差而锻裂，甚至钢锭的去皮加工都会使其晶界氧化而破坏。
此外，它在800℃以上的高温长时间停置也极易变脆。
一般合金钢中含Al量：合金结构钢：Al=0.4～1.1% (38CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等)耐热不起皮钢：Al=1.1～4.5% (Cr13SiAl、Cr24Al2Si、Cr17Al4Si等)电热合金：Al=3.5～6.5% (Cr13Al4、1Cr17Al5、Cr8Al5、0Cr17Al5等)甚至Al=8% Cr7Al7：考虑电热合金受荷不大，虽有脆性，仍可使用。
2、Si〔1〕一般合金钢中的Si含量不会高于3.5%，更多时〔4.8～6.5%〕将使钢具有很高的脆性。
Si的有益作用：高的热强性和弹性极限，高的导磁率，涡流损失少。
①象Al、Cr一样，其氧化物均是尖晶石类型的组织。
其晶格常数与α-Fe、γ-Fe区别小。
因为其氧化物与金属分界处的晶胞之间就紧密而强固地结合在一起，氧化皮紧密地被贴在金属上，甚至在高温下也不剥落。
所以它具有很强的抗氧化性和耐热性能，而被加入耐热钢。
②有利于提高钢的弹性极限，在中碳钢中加入1～2%的Si，调质中σb 将增15～20%，而Aku也提高了，还提高了σs和δ。
③利于促进钢中石墨化而用于炼制石墨钢。
此钢可制轴承，甚至作为工具钢代替，制冲头，拉模、弯曲模等。
④脱氧能力较强，是炼钢常用的脱氧剂，故一般钢中均含Si，其量≤0.5%。
⑤硅可减小晶体的各向异性，使磁化容易，使磁阻减小，它还可减轻钢中其他杂质对磁场磁感的危害〔使%C石墨化，脱氧，与N形成氢化硅等〕。
所以可大大减少涡流损失。
由于硅的脆性，目前高硅钢片硅含量规定为低于4.5%，最多只为4.8%，正在研究提高至6.5%。
合金元素对钢材机械性能的影响
1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
合金元素对钢的性能影响
合金元素对钢的影响合金元素在钢中的存在形式：溶入铁素体、奥氏体和马氏体中，以固溶体的溶质形式存在形成强化相，如溶入渗碳体形成合金渗碳体，形成特殊碳化物或者金属间化合物形成非金属夹杂，如合金元素与O、N、S形成氧化物、氮化物和硫化物有些元素如Pb、Ag等游离态存在。
一、合金元素与铁的相互作用1扩大xx区的元素（xx形成元素）使A4点上升，A3点下降，导致xx稳定区域扩大无限扩大xx区的元素：Ni, Mn, Co有限扩大xx区的元素：C, Cu, N2.缩小奥氏体区的元素（铁素体形成元素）使A4点下降，A3点上升，导致xx稳定区域缩小完全封闭xx区的元素：Cr, Ti, V, W, Mo, Al, Si缩小xx区，但不使之封闭的元素：B, Nb, Zr二、合金元素与碳的相互作用1.非碳化物形成元素主要包括：B, N, Ni, Cu, Co, Al, Si等它们不能与碳元素形成化合物，但可以固溶于铁中形成固溶体这些元素都位于元素周期表中铁元素的右边2.碳化物形成元素主要包括Ti, Zr, Nb, V, W, Mo, Cr, Mn, Fe这些元素都位于元素周期表中铁元素的左边它们都可与碳元素形成化合物，但形成的碳化物的性质差别很大Fe-C 相图是研究钢中相变和对碳钢进行热处理时选择加热温度的依据，因此有必要先了解合金元素对Fe-C相图的影响。
钢中有三个基本的相变过程：加热时奥氏体的形成、冷却时过冷奥氏体的分解以及淬火马氏体回火时的转变。
合金元素对钢加热时xx形成过程的影响合金元素对减小奥氏体晶粒长大倾向的作用也各不相同。
Ti、V、Zr、Nb等强碳化物形成元素强烈阻碍奥氏体晶粒长大，细化晶粒。
W、Mo、Cr阻止奥氏体晶粒长大的作用中等。
非碳化物形成元素Ni、Si、Cu、Co等阻止奥氏体晶粒长大的作用轻微。
Mn、P有助于xx晶粒的xx。
合金元素对过冷xx分解过程的影响几乎所有的合金元素（除Co）外都使C－曲线向右移动，即减慢珠光体类型转变产物的形成速度。
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A lloy N o. N bTiSiVAl
VA 0
66
22
12
VA 1
61. 9 22. 0 12. 0 0. 9
3. 2
VA 2
8
航 空 材 料 学报
第 28卷
给出了合金 1250e /50h 氧化后合金氧化皮剥落量 ( 其中 VA3氧化皮为人工机械剥落 ) 以及金属损失 量。由图 2可见: 相对于 VA0合金, 加入 V, A l元素 的三种 合 金 氧 化 皮 剥 落 量 分 别 降 低 了 2416% ,
5716% 和 7511% , 氧化皮剥落量随 V, A l添加量增 加而减少。金属损失厚度也随 V, A l添加量的增加 而减少, 其中 VA3合金仅仅损失了 011mm。
速率, 减少了合金氧化皮的剥落和金属氧化损失量。 N b-2119T -i 1119S-i 414V-411A l经过 1250e /50h氧 化后金属损
失厚度仅为 01 1mm。
关键词: Nb-S i系合金; 超高温结构材料; 金属间化合物; 显微组织; 抗氧化性能
中图分类号: TG1461 4
文献标识码: A
第 28卷 第 5期 2008年 10月
航空材料学报
JOURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER IA LS
V o l1 28, N o15 O ctober 2008
V, A l对 Nb-Si系超高温结构材料抗氧化性能的影响
康永旺 1, 曲士昱 2, 宋尽霞1, 韩雅芳1
( 1. 北京航空材料研究院先进高温结构材料国防 重点实验室, 北京 100095; 2 北京航空材料研究院 21室, 北京 100095)
摘要: 采用真空非自耗电弧炉制备了 N b-22T -i 12S i三元以及三种不同 V, A l含量的 Nb-T -i S -iV-A l五元 N b-S i合金,
研究了四种合金铸态显 微组织和 1250e 的抗氧化性能。结果表明: V, A l的加 入促进了反 应 N b3 S iy N bss + N b5 S i3, 使合金相组成由 N bss + N b3 S i转变成为 Nbss + N b5 S i3, 从而增加了合金中 N bss相体积分数; 合金的抗 氧化性能随 V, A l含量的增加而提高; V, A l的加入使合金氧化皮结构发 生了转变, 生 成了较 为致密的 氧化皮, 降低 了合金 的氧化
图 1 不同 V, A l含量 N b-S i系材料的微观组织 F ig11 M ic rostructure of N b-S i based alloys w ith d ifferent V and A l contents
( a) VA 0; ( b) VA 1; ( c) VA2; ( d) VA3
图 3为氧化 50h后合金的外观形貌图。从图中 可以看出, 合金氧化皮颜色发生了明显变化。并且, V0和 VA1合金的氧化皮几乎全部自然剥落, 但 V0 合金金属损失率明显多于 V1合金; VA2合金氧化 皮部分自然剥落; 而还有最高含量 V, A l的 VA3合
金的氧化皮仍然包裹在金属表面, 没有产生自然剥 落现象。由此可 见, 加入 V, A l可改善金属 与氧化 皮的结合状态, 并能够改善合金氧化皮的脆性, 减少 金属氧化皮剥落量, 提高合金的抗氧化性能。
212 抗氧化性能分析 图 2是不同 V, A l含量的 Nb-S i合金 1250e 氧
化性能对比图。从图 2a 中的恒温氧化动力学曲线 可见, 含有 V, A l元素的三种合金氧化增重速率明
显低于不含 V, A l的合金 VA0。 1250e /50h氧化后 VA1, VA2和 VA3合金增重量比 VA0合金分别降低 了 6217m g / cm 2, 15713 m g / cm2 和 19116 mg / cm2, 合 金的氧化速率随 V, A l加入量的增加而减少。图 2b
59. 8 21. 9 11. 9 2. 6
3. 6
VA 3
57. 8 21. 9 11. 9 4. 4
4. 1
2 实验结果分析与讨论
211 合金微观组织 图 1 是四种不同 V, A l合金的微观组织形貌。
由图 1a可知, VA0合金中主要存在两种相, 分别是 N bss相和 N b3 Si相, N bss相以类枝晶状和等轴状分布 在连续的 N b3 Si基体上; N b3S i相分为两种, 分别是 T i含量较高和 N b 含量 较高, T i含量较 高的 N b3S i 相分布在 N bss相和 N b含量较高的 N b3 S i相界上; 添 加 V, A l后合 金的硅 化物相 尺寸 有所减 小。从 图 1b, 1c, 1d中可以看出, 三种含 V, A l合金均是由两 种相组成; 能谱分析表明其中浅色的是 N bss相, 深色 的是 N b5S i3 相。由此可见, V, A l的加入使 合金的 微观组织发生 了转变, 促 进了反 应 N b3 S iy N bss + N b5 S i3 的 发 生, 使 N b3 S i 相 发 生 了 分 解, 生 成 了 N b5 S i3 相和次生的 N bss相 ( 图中细小 N bss相 ), 次生 的 N bss相分割 了 N b5 Si3 相, 使 得硅 化物 相尺寸 减 小。定量 进行 分析 表 明, VA1, VA2, VA3 合金 中 N bss相 的 体 积 百 分 数 分 别 约 为 7115% , 7318% , 7214% , 相 对 于 VA 0 合 金 中 N bss 相 体 积 分 数 ( 5617% )提高了 25% 以上。但 是, 具有更高 V, A l 含量的 VA 3中 N bss相的体积百分含量却有所降低, 这是由于 A l含量的进一步提高造成了共析反应略 向相图中硅化物一侧移动。
第 5期
V, A l对 Nb-S i系超高温结构材料抗氧化性能的影响
7
用电子天平 的精度为 011m g。将剥落的氧 化皮用 研钵研成粉末, 采用 XRD 分析了氧 化 50h 后各合 金的氧化皮中氧化 物相组成。使用 JSM-5600HV / LV 扫描电 镜观察 了铸 态合金 及其 氧化 皮的 微观 组织, 并使用 L ink ISIS 6798型 能谱仪进行了元素 半定量分析。氧化皮截面观察试样采用 环氧树脂 冷镶的方法, 以避免镶 嵌过程中氧化皮剥落, 试样 抛光后进行表面喷碳处理。
收稿日期: 2008-04-15; 修订日期: 2008-05-10 基金项目: 北京航空材料研究院基金 ( 2006175) 作 者 简 介: 康 永 旺 ( 1979) ), 男, 博 士 生, ( E-ma il) ywkang1208@ 126. com。
氧化性能差。对于未来的工程应用, 高温抗氧化性 能仍然是 Nb-S i系超高温结构材料走向实用化的一 大障碍。到目前为止, 已经设计了大量的试验材料 体系来研究材料化学及相组成对大块材料抗氧化性 能 的 影 响, 研 究 了 T i[ 6, 7] , H f[ 7 ~ 9 ] , S ,i Cr[ 9~ 12] , A l[ 7, 8] , M o[ 9] , T a[ 7] , G e[ 2 ] , B[ 13] , F e[ 2] , Sn[ 3] 和稀土 元素 Y [ 8, 14] , C e[ 8, 13, 14 ] 以及防护涂层 [ 15 - 17] 的作用, 但其抗氧化性能仍未能有实 质性提高。W on-Yong K im 的研究表明 V的加入有助于提高 Nb-Si合金的 室温屈服强度 [ 18 ] , 而对高温抗氧化性能的影响未见 报道。此外, A l的 加入有 助于减 轻氧化 皮的 中温 / 粉化 0。本工作研究了 V, A l共同加入对高温抗氧 化性能的影响。
图 3 1250e /50h氧化试样外观图 F ig1 3 M acro-v iew o f alloys w ith d ifferen t V, A l contents afte r 1250e /50h ox idation
213 氧化皮组织分析 图 4是四种合金 1250e / 50h氧化后氧化皮的粉
文章编 号: 1005-5053( 2008) 05-0006-05
自十九世纪四十年代后期以来, N i基高温合金 一直扮演着航空发动机热端部件用材的主角, 对于 整个航空动力发展的影响巨大。据称, N i基高温合 金零部件约占现代航空发 动机总重的 70% [ 1 ] 。虽 然在过去 30多年里, 高温合金成分的优化和铸造技 术的进步使得航空发动机高压涡轮进口温度提高了 125e , 但是 N i基高温合金的熔点大约在 1350e 左 右, 使用温度已经达到了极限 [ 2- 4 ] 。新一代高推重 比先进航空发动机要求高压涡轮导向与工作叶片本 身的承温能力必须达到 1200~ 1400e , 大大超过目 前的镍基高温金属材料的极限承温能力。因此, 传 统的 N i基高温合金已经不能满足新一代更高性能 的先进航空发动机的需要, 必须研究新的耐高温结 构材料体系。以往研究表明 Nb-S i系超高温金属间 化合物 在 1100e 以 下 的 比 强 度 最高, 在 1100 ~ 1400e 的比强度与其它超高温结构材料相当 [ 5] 。结 合了 B-Nb固溶体韧性和难熔金属硅化物强度优点 的 Nb-S i系超高温结构材料有望成为 1200~ 1400e 甚至更高温度使用的叶片材料。众所周知, 作为高 温下使用的结构材料, 除具有良好的室温和高温力 学性能以外, 还必须具备良好的抗氧化性能。然而, Nb-S i系超高温结构材料氧化过程中生成的氧化膜 不致密, 存在严重的内氧化现象, 氧化膜易剥落, 抗
图 2 不同 V, A l含量合金 1250e 抗氧化性能 ( a)氧化动力学曲线; ( b)氧化皮剥落量与金属损失厚度