【摘要】：本文研究了固溶溫度、固溶后冷卻速率和時效溫度對變形Ti2AlNb基合金顯微組織和力學性能的影響,并在此基礎上研究了其環(huán)境適應性。選用的材料為TAN-2合金,名義成分為Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(at.%),是一種新型的Ti2AlNb金屬間化合物。主要研究內(nèi)容如下:為確定TAN-2合金中不同相對力學性能的影響,在不同相區(qū)對TAN-2合金進行固溶處理,研究了固溶溫度對TAN-2合金顯微組織和力學性能的影響。發(fā)現(xiàn)經(jīng)α2+B2兩相區(qū)和α2+O+B2三相區(qū)固溶得到的B2相,在室溫時具有良好的塑性,固溶時析出的O相,降低了 B2相的有序度,提升了 B2相的塑性,使合金在室溫時的塑性更優(yōu);對于在α2+B2兩相區(qū)固溶的樣品在650℃拉伸時,B2相發(fā)生分解,析出細小的O相板條,使強度大幅升高,塑性嚴重降低;在α2+O+B2三相區(qū)固溶的樣品,因固溶時O相的析出能夠延緩在高溫拉伸過程中B2相的分解,因此塑性在650℃時未出現(xiàn)明顯的降低。對樣品進行相同時效處理后,發(fā)現(xiàn)室溫和650℃的屈服強度均隨固溶溫度的升高而增加。為優(yōu)化TAN-2合金的力學性能,對固溶后的TAN-2合金采用爐冷、空冷、油淬和水淬四種的不同的速率進行冷卻,研究了固溶后冷卻速率對TAN-2合金顯微組織和力學性能的影響。發(fā)現(xiàn)四種冷速中只有爐冷的組織中有粗大的O相析出。對樣品進行相同時效處理后,發(fā)現(xiàn)爐冷的組織變化不大,但空冷、油淬和水淬后的組織在時效時會有大量細小的O相板條析出。經(jīng)透射電鏡獲得的衍射斑分析發(fā)現(xiàn),爐冷得到無序的β相,油淬得到有序的B2相。樣品在室溫和650℃拉伸測試表明:冷速由爐冷增加到空冷時,室溫和高溫強度均大幅升高,延伸率降低,而冷速進一步增加時,室溫和高溫強度略微增加,延伸率變化不明顯。為確定TAN-2合金的最優(yōu)時效制度,研究了不同時效溫度對TAN-2合金顯微組織和力學性能的影響。通過對顯微組織的研究發(fā)現(xiàn)隨時效溫度的升高,O相板條的尺寸增大,體積分數(shù)略微增加,針狀α2相變細,而O/α2相和邊緣O相逐漸變寬。對室溫和650℃拉伸性能的測試表明,時效溫度的升高導致室溫和高溫強度降低,延伸率升高。為解釋Ti2AlNb基合金在650℃附近出現(xiàn)塑性明顯降低的現(xiàn)象,對TAN-2合金中三種顯微組織樣品在室溫、300℃、500℃和650℃進行拉伸性能測試,發(fā)現(xiàn)樣品為O+BCC兩相顯微組織(即網(wǎng)籃組織)時,樣品的延伸率在500℃時出現(xiàn)最大值,測試溫度升高650℃時延伸率反而降低,樣品為α2+O+BCC三相顯微組織時,延伸率隨測試溫度的升高而增加,沒有在650℃附近出現(xiàn)塑性的明顯降低。樣品為α2+B2兩相顯微組織時,在室溫到500℃范圍內(nèi),樣品的延伸率隨測試溫度的升高而增加,但測試溫度升高到650℃時,延伸率反而急劇降低。對以上研究結果進行分析,發(fā)現(xiàn)顯微組織決定了 TAN-2合金是否在650℃出現(xiàn)塑性的明顯降低。為評價TAN-2合金在高溫服役條件下的環(huán)境適應性,在大氣環(huán)境下對TAN-2合金進行650～750℃范圍內(nèi)的長時間熱暴露處理,研究TAN-2合金在上述條件下的抗氧化性能和對室溫力學性能的損害程度,發(fā)現(xiàn)隨熱暴露溫度的升高,平均氧化速度增加;熱暴露溫度相同時,剛開始時的氧化速度最高,在650℃和700℃熱暴露50h以后,平均氧化速度基本恒定,但在750℃熱暴露100h后,平均氧化速度出現(xiàn)加速的現(xiàn)象,該現(xiàn)象是由于樣品表面氧化層中各氧化物所占的比例發(fā)生變化引起的:試樣長時間熱暴露后,室溫強度變化不大,但會顯著降低其塑性。降低塑性的主要原因是熱暴露時表面形成的脆性層,次要原因為顯微組織的變化。上述研究發(fā)現(xiàn)在650℃熱暴露100h后,TAN-2合金的室溫強度基本不變,延伸率仍然保持在3%以上,表現(xiàn)出良好的環(huán)境適應性。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23
【圖文】：

邐第一章緒論邐逡逑研究了在Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金表面離子鍍ＮｉＣｒＡｌＹ涂層和在兩者之間離子鍍一薄層逡逑Ａ１－Ａ１２０３擴散障后的高溫抗氧化性能，指出在ＮｉＣｒＡｌＹ涂層和Ｔｉ２ＡｌＮｂ之間添加逡逑Ａ１－Ａ１２０３擴散障可以顯著延遲相互擴散并有效提高了其抗氧化性。中國科學院金逡逑屬研究所的徐磊等［３９４１］研宄了邋Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金粉末制備、熱等靜壓的工藝參數(shù)、逡逑組織與性能的調(diào)控以及高溫變形機制等方面進行了一系列研宄，有力的促進了粉逡逑末Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金的工程化應用。逡逑

基合金的塑性Ｈ９］，ａ２相為有序的密排六方結構，成分為Ｔｉ３Ａｌ或（Ｔｉ，Ｎｂ）３Ａｌ，主逡逑要作用是提高Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金的剛度和抑制原始Ｐ晶粒的長大％，５＇各相的晶格逡逑結構如圖１．２所示。逡逑屸藤a傚義希蟈澹粒戾澹哄蝸�，辶x希埃埃埃薄峰澹埃埃保義賢跡保玻裕椋玻霖危庵懈饗嗟木褰峁雇跡虎齲攏玻鶼�，（ｂ）ａＰQ�，（ｃ）Ｏ相１１辶x希疲椋紓澹保插澹蹋幔簦簦椋悖邋澹潁澹穡潁澹螅澹睿簦幔簦椋錚鑠澹錚駑澹簦瑁邋澹ǎ幔╁澹悖酰猓椋沐澹攏玻皰澹穡瑁幔螅�，邋（ｂ）邋ａｊ邋７w瑁幔螅�，邋ａｎｄ邋（ｃ）邋Ｏ邋７w瑁幔螅澹保擔В保義嫌桑裕�，Ａｓw澹危餿衷卦諮薔Ц裰械惱嘉磺榭觶芄喚跋�、n玻鶼嗉埃幔插義舷嘀械木Ц穹治鲅薔Ц瘢海幔ǎ福紓�、Ｐ（４ｃ２）、Ｙ（４ｃe�，其括号中为多重ＷｙｃｋｅP媯駑義戲牛ǎ停酰歟簦椋穡歟椋悖椋簦澹祝悖耄錚媯駑澹睿錚簦幔簦椋錚睿�，灾]醒薔Ц裰校嵫薔Ц裾跡擔埃�，Ｐ阉NЦ皴義希靛義

本文編號：2780987