Creep behavior of molybdenum and a molybdenum-hafnium carbide alloy from 1600 to 2100 K

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Creep behavior of molybdenum and a molybdenum-hafnium carbide alloy from 1600 to 2100 K

Luo, A. / Park, J.J. / Jacobson, D.L. / Tsao, B.H. / Ramalingam, M.L.

Der Einsatz des Molybdän als Emitter für die thermoionische Energieumwandlung im Weltraum erfordert bei Arbeitstemperaturen von über 1900 K eine über Jahrzehnte gegebene Kriechfestigkeit. Um die ab 1400 K absackende Zug- und Kriechfestigkeit anzuheben, wurde Molybdän mit 0,5 at% Hafniumcarbid verstärkt. Die stranggepreßten Werkstoffe wurden 30 min bei 2200 K geglüht und im Vakuum mit Zugspannungen im Bereich von 10 bis 60 MPa 100 bis 400 h belastet. Die Temperatur wurde zwischen 1600 und 2100 K variiert. Durch den Hafniumcarbidzusatz wurde der Spannungsexponent von 2,27 beim reinem Molybdän auf 4,11 angehoben. Beide Spannungsexponenten zeigten im getesteten Temperaturbereich nur einen schwachen Einfluß der Temperatur. Die Aktivierungsenergie des Kriechens stieg von 65,7 kcal/mol auf 104 kcal/mol an. Die Kriechgeschwindigkeit des sekundären Kriechens verringerte sich deutlich durch das Hafniumcarbid. Während reines Molybdän bei 1950 K und einer Beanspruchung von 3,45 MPa bereits nach 3 Tagen eine Kriechdehnung von 5 % erreicht, wäre das bei dem verstärkten Molybdän erst nach 6 Jahren der Fall gewesen. Da das Hafniumcarbid von Versetzungen nicht durchschnitten werden kann, verankerte es die Versetzungen. Die Kornvergrößerung der Hafniumcarbide blieb moderat. Sie vergrößerten sich nach 100 h von 37 nm bei Raumtemperatur auf nur 46 nm bei 2100 K. Somit ist die Kriechfestigkeit des verstärkten Molybdäns auch für längere Zeiträume gewährleistet.