本文關(guān)鍵詞：超細(xì)晶Ti-Al-Nb合金的制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： 高能球磨 放電等離子燒結(jié) 高溫真空燒結(jié) 高溫循環(huán)氧化

【摘要】：TiAl基合金的特性是比強(qiáng)度高、耐高溫,其潛在的應(yīng)用前景非常廣。但是由于該材料的脆性較大,延展性差,在承受外界應(yīng)力的作用下沒有屈服和應(yīng)力強(qiáng)化,極易斷裂,使得加工和應(yīng)用受到很大的限制。就目前的研究結(jié)果來看,納米晶具有明顯改善材料塑性、韌性的優(yōu)點(diǎn),但是,作為金屬結(jié)構(gòu)材料,要獲得全納米尺度的TiAl基合金塊體目前還很難實(shí)現(xiàn)。本文采用粉末高能球磨以及放電等離子燒結(jié)和高溫真空燒結(jié)方法合成納米晶α2-Ti3Al相及超細(xì)晶的等軸狀γ-TiAl雙相合金,并針對燒結(jié)組織及其高溫抗氧化性進(jìn)行研究,獲得最佳的燒結(jié)工藝及合金成分。采用單元素法配制了TiH2-47Al-0.2Si-5Nb(at.%), TiH2-47Al-0.2Si-7Nb(at.%), TiH2-47Al-0.2Si-5Nb-2.38Co(at.%)和TiH2-47Al-0.2Si-7Nb-2.43Co(at.%)四種成分的合金粉末。首先利用雙罐三維擺動(dòng)式高能球磨機(jī)分別對四種粉末進(jìn)行12h和24h的長時(shí)間球磨,然后將球磨12h和24h的粉末進(jìn)行高溫放電等離子燒結(jié)(燒結(jié)溫度1000℃)和真空燒結(jié)(燒結(jié)溫度1200℃)。利用差示掃描熱量計(jì)進(jìn)行高溫連續(xù)循化氧化實(shí)驗(yàn),氧化等溫溫度為1000℃；利用X-射線衍射儀分析燒結(jié)組織的相特征,利用掃描電鏡、透射電鏡分析球磨過程的相特征；利用高分辨透鏡分析燒結(jié)組織及其界面狀態(tài)等。研究結(jié)果表明：(1)合金粉末經(jīng)高能球磨后獲得納米級(jí)粉末顆粒,粉末中Nb含量的增加,有助于粉末的細(xì)化,同時(shí)球磨過程中Nb與H結(jié)合,有利于TiHH2中Ti的還原和Ti、Al間化合物的形成。與未添加Co粉的粉末相比,含有Co粉的粉末團(tuán)聚現(xiàn)象比較嚴(yán)重,觀察到的粉末顆粒團(tuán)尺寸稍大于未添加Co的合會(huì)粉末。球磨過程中,粉末不僅得到細(xì)化,而且由于粉末中產(chǎn)生了大量的缺陷或空位,實(shí)現(xiàn)了低溫化學(xué)反應(yīng),出現(xiàn)Ti2Al和TiAl新晶相,達(dá)到機(jī)械合金化的效果。(2)四種成分的球磨粉末分別采用放電等離子燒結(jié)和真空燒結(jié)工藝,均形成了γ-TiAl為基的等軸狀、超細(xì)的TiAl相和納米級(jí)Ti3Al雙相組織。說明決定這種組織狀態(tài)的主要因素不是燒結(jié)工藝方式,而是粉末球磨細(xì)化和機(jī)械合會(huì)化。由于粉末的細(xì)化,形成了多個(gè)晶核,因而燒結(jié)后形成的晶粒低于常規(guī)方法獲得的組織晶粒度。TiAl形成了等軸晶粒,平均低于500nm,晶粒相互緊密連接形成大量、穩(wěn)定的三叉晶界。這種組織晶界角度較大,晶界平直,在高溫環(huán)境中不易生長,說明粉末在很短的時(shí)間內(nèi)就完成了燒結(jié)過程。(3)通過對TiAl基合金組織進(jìn)行高溫循環(huán)氧化測試,結(jié)果表明燒結(jié)組織在1000℃以下,沒有發(fā)生相變反應(yīng)。這表明γ-TiAl及納米級(jí)Ti3Al合金組織是一種相對穩(wěn)定的組織狀態(tài),這種組織一旦形成,當(dāng)溫度反復(fù)再次升高至高溫狀態(tài)時(shí),仍保持原有穩(wěn)定狀態(tài),即使是納米級(jí)顆粒也不會(huì)發(fā)生長大現(xiàn)象。相比較,等離子放電燒結(jié)工藝更有利于制備具有高密度TiAl合金組織。(4)燒結(jié)組織在純氧環(huán)境中經(jīng)多次的高溫循環(huán)氧化結(jié)果顯示,氧化增重很少,其高溫抗氧化性很好。第一個(gè)循環(huán)的升溫階段氧化增重比較明顯,而隨后的多次循環(huán)氧化增重量很小。相比較,TiH2-47Al-0.2Si-5Nb的氧化率略低,抗高溫氧化性更佳。
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.23;TF124

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 黃朝暉;等溫變形對γ-TiAl合金微觀組織的影響(英文)[J];稀有金屬材料與工程;2005年01期

2 陳華;;鈦鋁硅鈮系粉末的機(jī)械合金化及放電等離子燒結(jié)組織特征[J];稀有金屬材料與工程;2007年07期

3 趙文娟;丁樺;曹富榮;趙敬偉;張亞玲;侯紅亮;;Ti6Al4V合金的低溫超塑性拉伸變形行為[J];材料研究學(xué)報(bào);2008年03期

4 陳華;門洪志;康凱;;機(jī)械合金化對TiAl基合金燒結(jié)組織的影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2010年06期

5 曾立英;趙永慶;李倩;;鈦合金低溫超塑性的研究進(jìn)展[J];熱加工工藝;2006年11期

6 陳華;薛濤;門洪志;;Mechanical alloying and characteristics of spark plasma sintering of Ti-Al composite powders[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2007年S1期

7 陳伶暉，，黃伯云，曲選輝，謝佑卿，賀躍輝，曹鵬,徐強(qiáng);TiAl基合金的復(fù)合熱機(jī)械處理[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);1996年01期

8 張立春,王金國,陳國良,葉恒強(qiáng);TiAl基兩相合金熱形變誘導(dǎo)形成T(Q)型孿晶與α_2薄片的TEM研究[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);1997年04期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李軍;γ-TiAl合金的熱疲勞與靜載熱機(jī)械疲勞行為[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：1235282