【摘要】：TiAl基合金具有高熔點、高比強度和良好的耐腐蝕性等優(yōu)勢,但由于凝固過程復(fù)雜和難成形的特點導(dǎo)致其應(yīng)用受到了限制。本文采用氣霧化制粉結(jié)合放電等離子燒結(jié)方法制備Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb合金并對其進(jìn)行熱處理,主要研究了不同熱處理參數(shù)對合金組織及室溫性能的影響,得到了四種典型的TiAl合金組織,并對室溫性能較佳的合金進(jìn)行了熱變形實驗和高溫氧化實驗,對比了典型組織的熱變形和抗氧化能力。本課題在一定的燒結(jié)工藝下,采用放電等離子燒結(jié)的方式制備了Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb合金塊體材料,其室溫組織為近γ組織且含有較多的α_2相,約為40.9%;室溫壓縮最大真應(yīng)力1822.84MPa,塑性變形量為30.27%。采用單溫和雙溫?zé)崽幚韺Y(jié)態(tài)的塊體合金進(jìn)行處理并對其進(jìn)行組織和室溫性能分析,得到了四種典型的TiAl合金顯微組織,即近γ組織、雙態(tài)組織、近片層組織以及全片層組織。經(jīng)1250℃/30min/FC(FC表示空冷)單溫?zé)崽幚淼玫搅思?xì)小且均勻的雙態(tài)組織,其室溫壓縮最大真應(yīng)力和塑性變形量分別達(dá)到1873.28MPa和33.53%。與燒結(jié)態(tài)近γ組織相比,室溫壓縮最大真應(yīng)力和塑形變量均有所提高。經(jīng)1290℃/15min/FC單溫?zé)崽幚砗蟮玫搅私瑢咏M織,其室溫壓縮最大真應(yīng)力和塑性變形量分別達(dá)到1644.95MPa和23.58%;經(jīng)1310℃/15min/FC+1230℃/30min/FC雙溫?zé)崽幚砗蟮玫搅巳瑢咏M織,其室溫壓縮最大真應(yīng)力和塑性變形量分別達(dá)到1465.61MPa和20.75%。將上述四種典型的Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb合金組織的樣品進(jìn)行熱壓縮實驗,當(dāng)變形速率為0.01/s時,變形溫度分別為1100℃和1200℃,升溫速率10℃/s,得到真應(yīng)力-應(yīng)變曲線,結(jié)合SEM和EBSD對四組熱變形樣品進(jìn)行組織演變分析,對比其熱變形能力。結(jié)果表明變形溫度以及合金顯微組織形態(tài)對其熱變形能力有很大的影響。當(dāng)變形速率為0.01/s時,動態(tài)再結(jié)晶在1100℃時不夠充分,變形后的合金組織不均勻,當(dāng)變形溫度提高至1200℃時,可以得到均勻的等軸雙相組織且成形性能更好。同時,近γ組織和雙態(tài)組織的熱變形能力明顯優(yōu)于近片層組織和全片層組織。將上述四種典型的Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb合金組織的樣品,以15℃/min的速度從室溫分別升至750℃和800℃保溫10h,空冷至室溫,稱重,循環(huán)10次,建立氧化動力學(xué)曲線,并結(jié)合SEM分析合金表面形貌以及氧化剖面的特點,對比TiAl合金四種典型組織的高溫抗氧化能力。研究發(fā)現(xiàn)合金在750℃的氧化增重要明顯低于在在800℃時的氧化增重。同時,當(dāng)循環(huán)氧化溫度為800℃時,近γ組織和雙態(tài)組織的氧化增重要明顯高于近片層組織和全片層組織,增重量最大的近γ組織的氧化增重約為1.26mg.cm~(-2),增重量最小的全片層組織的氧化增重約為0.77mg.cm~(-2),后者約為前者的60%,表明全片層組織的抗氧化能力較好。
【圖文】：

詳情見表 1-2。表 1-2 TiAl 基合金的研究歷程[12]Generation Composition1st Ti-48-1V-0.3C2nd Ti-47Al-2(Cr,Mn)-NbTi-(45-47)Al-2Nb-2Mn-0.8TiB23rd Ti-47Al-2W-0.5SiTi-47Al-5(Cr,Nb,Ta)4th Alloy K5 (Ti-46.2Al-2Cr-3Nb-0.2W)Ti-(45-47)Al-(1-2)Cr-(1-5)Nb-(0-2)(W,Ta,Hf,Mo,Zr)-(0-0.02)B-(0.03-0.3)C-(0.03-0.2)Si-(0.15-0.25)O-X1.2.2 TiAl 基合金制備工藝

目前主要工藝有凝殼感應(yīng)熔煉法、采用傳統(tǒng)的鑄造工藝來制備 TiAl 基微組織會出現(xiàn)較多的鑄造缺陷且組要后續(xù)處理細(xì)化晶粒，改善組織，粉末冶金是一種節(jié)能、省料、高效冶金方法通常采用氣霧化或者水霧或者放電等離子燒結(jié)等方式固結(jié)粉再進(jìn)行熱加工，，最后通過熱處理和乎不需要機加工切削金屬材料，可成本。例如，通過粉末壓制得到的制處理得到板材。然而，粉末冶金在：某些特種粉末成形模具成本較的零件；同時，零件制備時的污染元素的混入或者固結(jié)過程中引入的范圍受到限制[15]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2627517