钼钛锆合金

以钼为基加入少量钛、锆和微量碳元素的钼合金，具有高的高温强度，是目前应用最广的钼合金。钼钛锆合金的名义成分是Mo-0.5Ti-0.08Zr，通用牌号为TZM，其化学成分列于表1。1956年美国克莱马克斯钼公司生产出第一批工业规模的TZM合金锭。20世纪50年代末，用熔铸法可大批量制作TZM合金材。到70年代，该合金成为最优秀的通用钼合金。中国于60年代中期开始研究用熔铸法制作TZM合金，70年代进行了较大规模的试制，具备了用熔铸法和粉末冶金法生产TZM合金产品的能力。

表1 TZM合金的化学成分(％)

为满足更高的温度和强度的使用要求，在TZM合金的基础上增加钛、锆、碳元素而形成钼钛锆碳合金，其通用成分为Mo-1.25Ti-0.15Zr-0.15C，称为TZC合金。然而因为其变形难度大，所以到20世纪90年代仍未形成工业化生产规模，没有系列产品，只是根据使用要求提供产品。

强化机理分别介绍TZM合金和Tzc合金的强化机理。

TZM合金其强化机理是：(1)冷加工形变硬化既提高合金强度又细化晶粒，同时产生有韧性的纤维状显微结构。(2)少量钛和锆元素在钼基体中溶解，增加结构稳定性，提高再结晶温度。(3)由钼基体中的置换型元素(钛、锆)与间隙元素(碳)相互反应形成球形复式碳化物颗粒的沉淀而引起的弥散强化，改善钼的高温强度和抗蠕变性能。TZM合金中碳和钛的含量有与Mo-0.5Ti合金相同的临界比例。粉末冶金法制取

图1 Tzc合金中碳化物的近似稳定温度范围

的TZM合金中，氧含量可明显高于纯钼和Mo-0.5Ti合金，然而却不影响其热变形性能。这是因为存在的氧与合金元素钛和锆形成了球状氧化物，弥散分布的球状氧化物对晶粒长大所起的抑制作用优于碳化物。

TZC合金由于TZC合金中钛、锆、碳元素含量较高，形成一定量的：Mo2C、TiC和ZrC相，它们有不同的稳定温度范围(图1)，因此该合金可由热处理来获得时效硬化的效果。在高温时TiC首先溶解，接着Zrc和MozC相继溶解，然后在时效过程中TiC大量沉淀，起到沉淀强化的作用。由于锆元素对基体的固溶强化，并可使TiC的稳定性增加，从而导致合金在1927℃以上退火后室温硬度上升(图2)。

图2 退火温度对钼合金硬度的影响

图3 TZM合金与Mo—0.5Ti合金再结晶行为的比较

性能钼钛锆系列合金的物理和化学性能与纯钼相似，但力学性能大为提高。其中TZM合金具有优异的综合性能，其力学性能列于表2。TZM合金的再结晶温度比Mo-0.5Ti合金的约高160℃(图3)。消除应力状态的厚度为1.Omm的TZM板材的弯曲塑一脆性转变温度为-73.3℃，消除应力状态的φ16mmTZM棒的拉伸塑-脆性转变温度为-19～-25℃。Tzc合金比TZM合金具有更高的高温强度和再结晶温度，其力学性能见表3。熔铸法TZC合金棒材的再结晶温度为1871℃，板材的再结晶温度为1593～1649℃，消除应力状态的厚度为1.3mm的TZC板材的弯曲塑一脆性转变温度为-1.1℃。另外，TZM合金中细的弥散的钛和锆的复式碳化物颗粒对焊接熔融区和热影响区的晶粒长大起抑制作用，使其焊接性能优于纯钼。

表2TZM合金的室温及高温力学性能

表3TZC合金的室温和高温力学性能

制备方法钼钛锆合金的制备方法与钼钛合金相同，即用熔铸法或粉末冶金法制得锭坯，再经挤压、锻造、轧制等变形方法获得所要求的产品。由于TZM合金的屈服强度较高，故增加了塑性变形的难度，需要提高塑性变形的温度。但在1300～1650℃之间，TZM合金的晶界有沉淀物生成，使得该合金在这个温度范围内进行塑性变形时出现热脆性。因此在TZM合金进行初加工时，变形温度以低于1300℃或高于1650℃为宜。TZC合金的初加工温度应超过1650℃，最后的变形(锻造或轧制)温度也必须维持在1300～1430℃。

用途钼钛锆合金常用于1100℃以上的温度下。由于TZM合金具有优良的蠕变性能，因此是热加工用的最佳高温高强度模具(如压铸、挤压、等温锻造等用的模具和穿孔顶头)材料；同时可用作高温高压设备(热等静压机和高温加热炉)的结构材料，如隔热屏、支柱等；它也是大功率陶瓷管栅极用的优良材料；另外，还可以用来制作生产粉末冶金制品、耐火材料和二氧化铀粒用的烧舟。由于它的焊接性能较好和再结晶温度较高，该合金已开始试用于热燃气阀和高温燃气系统的密封。Tzc合金比TZM合金具有更高的高温性能，可用于TZM合金不能满足要求的场合，当前用得最多的是用粉末冶金法制成的用于不锈钢热穿孔的顶头。