發(fā)布時間：2018-11-02 17:36

【摘要】：高Nb-TiAl合金由于其優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和較低的密度,在航空、航天以及汽車的高溫端部件中顯示了巨大的應(yīng)用潛力,有望替代Ni基高溫合金。經(jīng)過近幾十年的研究,高Nb-TiAl合金在成分設(shè)計、組織控制和制備加工等方面已經(jīng)取得了一系列進(jìn)展,但對合金在近服役條件下的顯微組織熱穩(wěn)定性研究還比較欠缺,嚴(yán)重影響了該合金的進(jìn)一步應(yīng)用�；诖�,本文圍繞全片層高Nb-TiAl合金的顯微組織熱穩(wěn)定性及其對力學(xué)性能的影響展開了研究,主要結(jié)論如下:(1)研究了全片層高Nb-TiAl合金700℃-1000℃熱循環(huán)后顯微組織變化規(guī)律。結(jié)果表明,長時熱循環(huán)后合金片層團晶界將發(fā)生粗化,700℃和800℃下晶界組成相為γ和ω相,900℃和1000℃下晶界組成相為γ和B2相,說明該成分合金在此溫度區(qū)間存在(α2+γ+B2/ω)三相區(qū)。片層團晶界的粗化是通過不斷析出新的γ晶粒來實現(xiàn)的,取向差越接近的晶界,γ晶粒的析出受抑制,晶界不發(fā)生遷移,反之,片層團晶界遷移的驅(qū)動力越大。新析出的γ晶粒通常與片層團晶界一側(cè)的γ片層取向一致;(2)揭示了Al偏析對全片層高Nb-TiAl合金熱循環(huán)后顯微組織穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,900℃熱循環(huán)后,Al偏析處易產(chǎn)生片層組織的不連續(xù)粗化,1000℃下Al偏析處和片層團晶界及片層團內(nèi)部均有大塊γ晶粒的形成。γ晶粒內(nèi)又有不同取向的α2顆粒沿{111}γ晶面析出,兩相之間滿足Blackburn共格位向關(guān)系。900℃和1000℃熱循環(huán)后均沒有B2相的析出;(3)研究了Nb含量對全片層TiAl合金熱循環(huán)后顯微組織穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,低Nb含量的TiAl合金長期熱循環(huán)后,片層團晶界也發(fā)生了遷移粗化現(xiàn)象。然而,片層團晶界的組成相變?yōu)棣煤挺?相,沒有發(fā)現(xiàn)B2相的存在。α2相呈顆粒狀或片狀,片狀α2與γ存在{111}γ//{0001}α2,1120α2//110γ共格位向關(guān)系;(4)揭示了合金900℃和1000℃熱循環(huán)后顯微組織變化對力學(xué)性能的影響規(guī)律及影響機制。研究表明,室溫抗拉強度和壓縮屈服強度隨溫度和熱循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律類似。900℃下,隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加,呈現(xiàn)逐漸減小的規(guī)律,1000℃下,強度變化規(guī)律表現(xiàn)為先減小后增加。這種熱循環(huán)引起的強度下降幅度并不大,長時熱循環(huán)后強度僅下降約10%左右,比普通TiAl合金低得多。合金的室溫斷裂韌性隨熱循環(huán)次數(shù)的增加均呈現(xiàn)出先減小后增大的規(guī)律。熱循環(huán)后室溫塑性延伸率出現(xiàn)了大幅度下降,這是由"相變脆化"和"釋氧脆化"共同導(dǎo)致。高溫塑性延伸率隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加而增大,這是因為高溫下β相可以提供充足的滑移系;(5)研究了噴丸高Nb-TiAl合金900℃和1000℃下長時保溫后顯微組織變化規(guī)律。結(jié)果表明,長時保溫后表層區(qū)域的顯微組織明顯分為兩層,即靠近噴丸表面的FG層(等軸細(xì)晶粒層)和遠(yuǎn)離噴丸表面的CG層(粗晶粒層)。FG層主要由再結(jié)晶γ晶粒組成,CG層主要由不完全再結(jié)晶γ晶粒組成,前者驅(qū)動力來自于形變組織中的機械儲存能,后者驅(qū)動力隨著長時保溫時間的延長逐漸由形變儲存能轉(zhuǎn)變?yōu)榻缑孀杂赡堋?00℃長時保溫后表層組織由γ、α2和B2相組成,而1000℃長時保溫后B2相消失。噴丸合金長時保溫下α2顆粒的重新析出并不是通過再結(jié)晶,其取向與原始片層組織中的α2片層保持一致;(6)對比研究了形變處理和熱應(yīng)力對合金顯微組織熱穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,熱應(yīng)力作用下,合金片層團晶界和晶內(nèi)γ晶粒的生成不是再結(jié)晶行為。熱壓縮變形和噴丸作用后,合金長時保溫過程中超過最小形變量閾值的片層組織均轉(zhuǎn)變?yōu)樵俳Y(jié)晶γ晶粒。熱應(yīng)力作用下,α2片層僅發(fā)生溶解,而熱壓縮變形和噴丸作用后,合金長時保溫過程中α2片層經(jīng)歷溶解、析出和長大三個過程,大部分α2顆粒沿再結(jié)晶γ晶粒的{111}面析出。此外,熱壓縮變形和噴丸作用后,1000℃長時長時保溫將導(dǎo)致B2相的消失,Nb和W元素可以充分?jǐn)U散。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2306477