掺杂稀土型钛锆钼合金

简介

TZM合金是目前应用最为广泛的钼合金之一，它具有许多优良性能，常被制成高温结构件应用于不同的领域。随着工业发展，对合金的性能做出了进一步要求。在TZM合金中掺杂少量稀土元素可以细化合金的晶粒，降低合金的塑-脆转变温度，提高合金的再结晶温度，改善合金的高温强度、韧塑性和高温蠕变性。掺杂少量稀土元素不仅可以提高合金的性能，还能扩大其应用范围。常见的稀土掺杂元素有La和Re。由粉末冶金法制备，通过掺杂La和Re的氧化物，制得La₂O₃-TZM合金和Re-TZM合金。

性能分析

La₂O₃-TZM合金的力学性能：经实验发现La₂O₃-TZM合金的抗拉强度比未掺杂TZM合金提高了119MPa，屈服强度提高了49MPa，伸长率提高了4.3%。这主要是因为，弥散分布的La₂O₃具有较强的弥散强化作用，对位错具有较强的定扎作用，因此La₂O₃-TZM合金的强度较高。另外，其第二相颗粒比TZM合金小，分布更均匀，所以塑性变形抗力大，屈服强度较高。总体而言，综合力学性能较好。

La₂O₃-TZM合金的断口形貌：TZM合金的断口形貌是沿晶脆性断裂，而La₂O₃-TZM合金为混合型韧窝-准解理断口。弥散分布的La₂O₃颗粒均匀分布在晶内和晶界上，引起界面表面积的增大。所以，氧、碳、氮等杂质元素会优先在晶界和La₂O₃颗粒表面富集，大大降低杂质浓度，增强晶界结合强度，从而提高TZM合金的韧性。

TZM-Re合金的性能分析：Re元素在TZM合金中表现出强大的“铼效应”，掺杂Re不但可以提高合金的高温性能，同时也能改善合金的室温性能。随着Re添加量的增加，TZM合金的抗弯强度并没有明显提高，其主要原因是合金材料在断裂前发生不完全塑性变形。整体看来，Re-TZM合金的强度略降低，但TZM-Re合金表现出一定程度的室温韧性。