Laves相NbCr2的力学性能及应用

2023-11-08 理论教育版权反馈

【摘要】：利用显微硬度仪研究了Laves 相NbCr2 化合物试样的显微硬度和断裂韧性等力学性能，其结果如图2-5 所示，虚线为化学计量比成分。所有试样都具有较好的断裂韧性，远大于熔铸工艺制备的Laves 相NbCr2 的断裂韧性1.5 MPa·m1/2[20]。总之，缺陷的存在对Laves 相NbCr2 合金的增韧有一定的效果。

利用显微硬度仪研究了Laves 相NbCr2 化合物试样的显微硬度和断裂韧性等力学性能，其结果如图2-5 所示，虚线为化学计量比成分。从图中可以看出，合金硬度随着成分偏离化学计量比而逐渐减小，硬度在化学计量比66.7%处取得最大值。

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图2-5　NbCr2 合金的力学性能与成分的关系

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图2-6　Laves 相NbCr2 合金典型压痕及诱发裂纹的SEM 照片

断裂韧性通过维氏硬度压痕诱发的裂纹长度来研究，其典型的压痕及其诱发的裂纹扫描电镜照片如图2-6 所示。从图2-5 中可以看出，当NbCr2 的成分比x（r）为66.7%时，合金的断裂韧性最小，随着成分偏离化学配比，断裂韧性有所提高。所有试样都具有较好的断裂韧性，远大于熔铸工艺制备的Laves 相NbCr2 的断裂韧性1.5 MPa·m1/2[20]。脆性度（Brittleness）被定义为显微硬度与断裂韧性之比，即HV/KIC。如图2-5（c）所示表明合金的脆性度随着偏离化学配比而逐渐减小。Chen 等[14]用这种方法测量过Laves 相TiCr2 金属间化合物的硬度，发现在化学计量比处取得最大值，随着偏离化学计量比而逐渐减小，这与本书的研究结果相似，这为获悉NbCr2 在化学计量比处的硬度出现最大值和断裂韧性出现最小值提供了佐证。也就是说结构缺陷的存在使得Laves 相铬化物出现了所谓的“软化效应”（Softening effect），在ZrCr2 中也有类似的现象[12]。

本书的最新研究结果[15]称这种现象为“韧化效应”（Toughening effect）。由于Laves 相的特点之一就是化合物的拓扑密排结构产生了高强度，即使在高温下，如1 200 °C 时，Laves 相Cr-8.0Ta-5.0Mo-0.5Ti-0.01Ce 的铸态和热挤压状态合金的屈服强度仍具有476 MPa 和259 MPa，延伸率分别达到5.3%和39%，而大多数镍基高温合金在此温度下强度已消失，这种性能是其他的金属间化合物（如NiAl，FeAl，TiAl 等）难以具有的。由于RNb/RCr为1.14，与理想的形成Laves 相原子半径比（1.225）存在差异，为了形成更规则的Laves 相结构就要求RA/RB 的实际比例更接近于1.225，这样原子半径比偏离1.225 的合金中则存在一种原子被压缩而另一种原子膨胀的现象[1]，这将产生一个弹性应变能，它将降低化合物总的结合能。结构缺陷的出现使拓扑密排结构的Laves 相化合物的弹性应变能释放并使某些高度密排结构松弛，位错运动阻力减轻，故有了韧化效果，这为Laves 相的脆性改善提供了一条思路。总之，缺陷的存在对Laves 相NbCr2 合金的增韧有一定的效果。

Laves相NbCr2的力学性能及应用

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