粉末高溫合金中的夾雜物常可分為兩類,一類是外來非金屬夾雜,另一類是異金屬夾雜,這兩類夾雜都與材料製備工藝過程密切相關。
簡介
外來非金屬夾雜物多為脆性的陶瓷夾雜,主要成分為Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｏ等,它們來源於母合金熔煉及制粉過程。儘管在母合金製備過程中採取多種措施,如擋渣過濾和採用耐沖刷坩堝等,改進了真空感應熔煉(ＶＩＭ)條件,使母合金純淨度大為提高,但少量夾雜物仍然存在;金屬粉末在製備和處理過程中,也會從坩堝、澆道或霧化噴嘴等設備系統中引入夾雜物。另一類塑性較好的異金屬夾雜物中的Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ等含量較高,它們來源於制粉過程粉末快速凝固時遺留下來的母合金中高熔點偏析物。圖1為低周疲勞斷口中圖1 疲勞斷口中幾種典型的夾雜物形貌ａ-高Ａｌ氧化物;ｂ-高Ｓｉ氧化物;ｃ-高Ｎｂ幾種典型的夾雜物形貌。
類別
粉末高溫合金中夾雜物以脆性的陶瓷夾雜為主,熱等靜壓狀態的粉末高溫合金材料經鍛造變形成為盤形件後,材料中的夾雜物也隨之發生形變,材料變形量愈大,夾雜形變、破碎得愈厲害,有些變成長條狀、片狀、彌散分布砂粒狀,或本身開裂變形等。高Ａｌ類型氧化物夾雜較脆且硬度較小,常被破碎成彌散的顆粒,鑲嵌在基體韌窩中,集中分布在一片層區域內。軸向試樣的砂粒狀夾雜物區域尺寸最大,與基體材料有明顯界面;徑向及弦向試樣斷口中破碎的尖雜物分布在一條長裂紋兩側,長度較長,寬度較小。圖2為高Ａｌ氧化物夾雜在軸向及徑向試樣中典型的形貌,在其匹配斷口上發現各有一部分夾雜,表明夾雜整體從中間斷開引發裂紋源,增加了疲勞斷裂的幾率,成為材料失效的隱患。高Ｓｉ類型氧化物表面形狀較規則,雖然較脆但硬度很高,夾雜多直接嵌入基體中,夾雜與基體之間是一種弱界面結合,一般材料在變形過程中不易使它形變或完全破碎,與基體脫離或本身開裂,如圖3。圖3(ｂ)為一塊大夾雜破碎成幾小塊,它們拼湊後能很好吻合,破碎後的夾雜比原來的整體夾雜存在更多尖角和更多弱界面或初始裂紋,增加了裂紋源生成的幾率。異金屬高熔點夾雜物在材料中形狀多不規則、尺寸較小,與基體結合較好,常隨基體的變形而變形,對材料的破壞影響不顯著。
