钼锆铪稀土合金

什么是ZHMR(钼锆铪碳稀土合金)?

钼锆铪稀土合金ZHMR(钼锆铪碳稀土合金)是以ZHM为基础合金,在其中添加适量的稀土氧化物以氧化钇(Y2O3)形成的合金。

钼合金的发展从Mo-0.5Ti,TZM到TZC都在追求高的高温强度,低的脆塑转变温度和良好的塑性。近年来,国外开始研究的MHC、ZHM又比TZM及TZC迈进了一步。此外,众多的稀土氧化物以氧化钇(Y2O3)熔点最高,为2410℃。

美国NASA60年代曾做过稀土Y在钼合金中的应用,当时所采用的方法为将Mo与Y一起熔炼,结果表明Mo中加0.8%Y,使铸件脆塑转变温度(DBTT)下降200℃,且使合金有较好的加工性能,Y与Mo中的氧结合成氧化钇,作为弥散质点。

以下内容为采用粉末冶金方法ZHM中添加氧化钇,使钼合金性能得到改善。

ZHMR合金制备

①原料
实验用原料为FMo-1高纯钼粉,工业纯氢化锆粉,工业纯氧合钇粉和化学纯碳粉。Mo粉平均粒度为5.9μm,HfH2为1.6μm氧化钇为2.48μm

②配比与混料

编号 Mo ZrH2 HfH2 C Y2O3
1 97.8 0.5 1.5 0.19 0
2 97.3 0.5 1.5 0.19 0.5
3 97 0.5 1.5 0.19 0.8
4 96.8 0.5 1.5 0.19 1
5 96.6 0.5 1.5 0.19 1.2
6 96.3 0.5 1.5 0.19 1.5

按表中的比例称重,然后在混料桶中混料,混料时间为24h。

③成型与烧结法
将混好的料装入胶套,在冷静压机中,采用200MPa压力成型。将成型的压坯先预烧,再将其升温到2050℃,保持时间为2h,烧结气氛为氢气。

ZHMR合金测试方法

①室温及高温拉伸试验
采用非标准拉伸试样(Ø3×60mm),在CJS5型真空瞬时拉伸试脸机上进行实验,实验过程中保证真空度不低于5×10-2 Pa,试样保温时间为5min。

②扫描分析
对ZHMR合金的金相面(轻腐蚀)进行扫描分析,配合能谱仪对拉伸断口韧窝中的第二相粒子进行半定量分析。

氧化钇③透射分析
用H-800透射电镜对金属薄膜样进行形貌结构分析,电压为150kV。

④相分析
用物理化学方法电解提取钼合金中的第二相,将采取相做X射线衍射分析定出相的组成

⑤俄歇分析
用PHI595扫描俄歇显徽探针,对合金晶界处的元素分析进行分析。

从TEM分析和加工过程看,ZHMR4合金有良好的显徽组织和加工性能。

初步确定粉末冶金制备ZHMR合金的工艺制度为混料24h,冷等静压压力200MPa,烧结制度为2050℃/比,烧结坯致密度达98%。这种烧结态的ZHMR合金具有良好的加工性能;

在ZHMR系列合金中以ZHMR3及ZHMR4的综合性能最好。添加Y2O3使合金的力学性能有较大提高:室温时σb提高150MPa;800℃时提高50MPa, 1000℃时提高30MP。在1000~1200℃时ξ提高约15%;

钇在ZHMR合金中的存在形式主要为Y2Hf207相。在基体中有HfC沉淀相,大小为(0.01~0.1)μm,HfC与Mo基体的位向关系为〔001〕HfC//〔012〕Mo,〔010〕HfC// 〔0.5,2.1〕Mo

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