【摘要】：相比于普通TiAl合金,高Nb-TiAl合金以其優(yōu)異的高溫強度、高溫抗氧化性和蠕變性能,已經(jīng)成為一種極具潛力并可應(yīng)用到航空航天等領(lǐng)域的先進(jìn)輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。最近的研究發(fā)現(xiàn),高Nb-TiAl合金中的高溫β相可經(jīng)有序化轉(zhuǎn)變而生成β。相,而在合金的使用溫度范圍內(nèi),β。相可轉(zhuǎn)變?yōu)棣豲相。ωo相為六方結(jié)構(gòu),滑移系少、硬度高而難以變形;與此同時,ωo相還具有較高的Nb元素含量且擴(kuò)散速率小。因而ωo相的形貌、體積分?jǐn)?shù)和分布狀態(tài)都將極大地影響高Nb-TiAl合金的力學(xué)性能。近年來已有大量研究關(guān)注于高Nb-TiAl合金鑄態(tài)組織和熱處理組織中的ωo相相變規(guī)律及其顯微組織形貌,證明了其在700-900℃之間是平衡相。然而,有關(guān)ωo相單相區(qū)的相變規(guī)律以及退火溫度和退火時間對β。相相變分解、ωo相和D88-ω相析出長大的影響還少有報道。另一方面,ωo相對合金力學(xué)性能的影響也正逐步成為高Nb-TiAl合金中的研究熱點,引起了人們的廣泛關(guān)注。本文主要研究了ωo相名義成分附近的相變規(guī)律,高Nb-TiAl合金退火過程中β。相的分解機(jī)制以及蠕變過程中的織構(gòu)演化、ωo相的顯微組織演變及其對蠕變性能的影響,主要結(jié)論和創(chuàng)新點如下:(1)揭示了ωo相名義成分附近的相變規(guī)律。結(jié)果表明,ωo相名義成分Ti-37.5Al-12.5Nb(除特殊標(biāo)注外均為原子分?jǐn)?shù))合金中,ωo相可在馬氏體α2片的界面上形核析出,α2片的慣習(xí)面為β相的{334}晶面且其內(nèi)部存在大量層錯。ωo相形成后,相鄰β。相中因為貧Nb而不再析出ωo相。900℃保溫時,γ相可在ωo變體的晶界上形核并長大或是借助α2片內(nèi)的層錯形核長大;而在Ti-34Al-13Nb合金中,A1含量的降低抑制了馬氏體相變的發(fā)生,900℃保溫時,β。相近乎完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣豲相,隨著保溫時間的延長,α2相可在ωo相的晶界處析出并形成不同的變體。(2)研究了退火過程中ωo相的析出長大規(guī)律。結(jié)果表明,退火溫度影響ωo相的析出過程,750℃和800℃退火時,由于過冷度高,形核驅(qū)動力大,ωo相可在很短時間內(nèi)大量均勻地從整個β。相區(qū)域析出,并隨著退火時間的延長而長大。與之相反,850℃退火時,ωo優(yōu)先在具有較低形核能壘的βo相界面處形核析出,隨著退火時間的延長,ωo相長大并占滿整個β。相區(qū)域。(3)揭示了退火過程中β。相的相變分解規(guī)律。結(jié)果表明,750-850℃的退火過程中,β。相內(nèi)除發(fā)生了 βo→ωo的相變外,還發(fā)生了βo→α2 βo→γ的相變分解,針狀的α2相和棱鏡狀的γ相可在先析出的ωo相界面上形核并析出。隨著退火時間的延長,針狀α2相粗化不明顯,但Y相可發(fā)生明顯粗化,且逐漸與近鄰的ωo相失去共格關(guān)系。除此之外,βo/γ相界面上也發(fā)生了βo(ωo)→γ的相轉(zhuǎn)變。相界面由γ相向β。相的推進(jìn)過程中,遇到無法擴(kuò)散完全的ωo顆粒時會形成在βo/▲相界面上的ωo相釘扎,隨著退火溫度的升高,這種界面釘扎的現(xiàn)象越明顯,甚至整個ωo相被新生成的γ相包裹。(4)揭示了 D8-ω相的析出及元素富集規(guī)律。結(jié)果表明,隨著退火溫度的升高,850℃退火時,D88-ω相開始在βo/γ相界面上析出并長大。D88-ω相的析出與βo/γ相界面的快速遷移以及元素在相界面上的快速擴(kuò)散有關(guān)。βo(ωo)→γ相變過程中,由新生成的γ相向著βo(ωo)相擴(kuò)散的凈空位流以及界面上局部區(qū)域的Nb和W元素富集將最終導(dǎo)致D88-ω相的析出,透射電鏡能譜以及HADDF像均表明Nb和W是D88-ω相的穩(wěn)定元素。(5)研究了蠕變過程中的ωo相顯微組織演變。結(jié)果表明,蠕變溫度越高,β。相內(nèi)的ωo相長大成長條狀,且ωo相之間的殘余β。相晶粒尺寸也隨蠕變溫度的升高而增大。殘余βo相的形成是因為蠕變溫度的升高,擴(kuò)散加快,ωo相長大過程中可以更快地向外排出β。相穩(wěn)定元素,如W元素等。從而導(dǎo)致殘余βo相晶粒尺寸隨溫度升高而增大。而蠕變應(yīng)力越大,則可促使βo相區(qū)域內(nèi)均勻析出ωo相并最終占滿整個βo相區(qū)域。(6)研究了蠕變過程中單變體ωo相的形成機(jī)制。結(jié)果表明,βo相{110}111滑移系所對應(yīng)ωo1變體的(2110)/[0001]晶面晶向之間有最小的錯配且原子排列相近,位錯穿過βo/ωo1界面時不會引起原子的錯排而導(dǎo)致點陣畸變。與之相反,當(dāng)位錯滑移遇到ωo變體2-4時,會由于滑移方向上原子排列的不同而產(chǎn)生應(yīng)力集中,隨著變形量的增大,ωo變體2-4的晶格將會因變形而遭到破壞,從而無法形成。(7)研究了蠕變過程中的織構(gòu)演化。結(jié)果表明,隨蠕變溫度的升高,010再結(jié)晶織構(gòu)的強度逐漸增加而001形變孿晶織構(gòu)的強度卻逐漸減弱。而隨著蠕變應(yīng)力的增加,001孿晶織構(gòu)和111織構(gòu)的強度逐漸增加,300 MPa樣品中甚至還出現(xiàn)了031附近的變形織構(gòu)。(8)研究了蠕變過程中ωo相對蠕變性能的影響。γ三叉晶界上的βo(ωo)相可阻礙再結(jié)晶Y晶粒的長大;且當(dāng)蠕變裂紋擴(kuò)展遇到較硬的ωo相時,裂紋擴(kuò)展方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn),從而消耗更多的能量,這都有利于高Nb-TiAl合金蠕變性能的提高。
【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】：2018
【分類號】：TG146.23
【圖文】：

典型顯微組織，分別為：全片層組織（Ｆｕｌｌｙ邋ｌａｍｅｌｌａｒ）、近片層組織（Ｎｅａｒｌｙ逡逑ｌａｍｅｌｌａｒ）、雙態(tài)組織（Ｄｕｐｌｅｘ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）和近邋ｙ邋組織（Ｅｑｕｉａｘｅｄ邋ｎｅａｒ邋ｇａｍｍａ）逡逑如圖２－２所示［７（）］。逡逑（１）

邐ＭＯＯ］邐＾邐｜１00ｌ邋＾邐＆邐＾逡逑圖２－１邋ＴｉＡｌ合金中的幾種典型晶體結(jié)構(gòu)｜Ｍ｜逡逑（ａ）邋ａ２邋相；（ｂ）邋ｉｒ邋相；（ｃ）邋ｐ。相逡逑２．１．２邋ＴｉＡｌ合金的典型顯微組織逡逑目前具有工業(yè)應(yīng)用前景的合金為Ａ１含量較低的ａ２＋ｙ雙相（或多相）ＴｉＡｌ逡逑合金。雙相Ｙ－ＴｉＡｌ合金的組織控制是影響合金宏觀力學(xué)性能的重要因素，研逡逑究發(fā)現(xiàn)，通過不同的熱處理制度［１，７（ＷＩ］，可以在ＴｉＡｌ合金中獲得四種不同的逡逑典型顯微組織，分別為：全片層組織（Ｆｕｌｌｙ邋ｌａｍｅｌｌａｒ）、近片層組織（Ｎｅａｒｌｙ逡逑ｌａｍｅｌｌａｒ）、雙態(tài)組織（Ｄｕｐｌｅｘ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）和近邋ｙ邋組織（Ｅｑｕｉａｘｅｄ邋ｎｅａｒ邋ｇａｍｍａ）逡逑如圖２－２所示［７（）］。逡逑（１）

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2731094