發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 04:17

【摘要】：本文以TiH_2粉,ZrH_2粉,Al粉為原料,采用1400-1450℃×40.8 MPa×0.5-1h的熱壓工藝,制備Al-Zr二元合金及Al-Ti-Zr三元合金。對(duì)Al-Zr二元合金及Al-Ti-Zr三元合金的物相組成、顯微組織、維氏硬度及抗彎強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定,并對(duì)Al-Ti-Zr三元合金的穩(wěn)定化熱處理性能及氧化性能進(jìn)行了初步研究。在Al-Zr二元合金樣品中,樣品的原位合成反應(yīng)成功進(jìn)行,設(shè)計(jì)成分為Al-25at.%Zr的AZ1-0樣品只含有Al_3Zr相,設(shè)計(jì)成分為Al-33.3at.%Zr的AZ0-1樣品只含有Al_2Zr相,而設(shè)計(jì)成分分別為Al-25.8at.%Zr和Al-26.6at.%Zr的AZ9-1樣品和AZ8-2樣品都含有Al_3Zr及Al_2Zr相,部分Al_2Zr細(xì)顆粒分布在Al_3Zr相的晶界,有效的抑制了晶粒的長(zhǎng)大。維氏硬度值隨著Al_2Zr相的體積比增加而增加;斷裂韌度則與維氏硬度相反,Al_2Zr相所占體積比越高,斷裂韌度越低。Al-Zr二元合金樣品的抗彎強(qiáng)度都在100 MPa左右,且斷裂模式為穿晶斷裂。設(shè)計(jì)成分分別為Al-40at.%Ti-20at.%Zr、Al-45at.%Ti-14at.%Zr、Al-47at.%Ti-10at.%Zr的Al40,Al41及Al43樣品包含Ti_3Al+TiAl+Al_3(Zr,Ti)_5相,Ti_3Al+TiAl相的比例從Al40,Al41到Al43樣品依次增加;設(shè)計(jì)成分分別為Al-38at.%Ti-15at.%Zr、Al-30at.%Ti-20at.%Zr的Al47及Al50樣品包含TiAl+(Al,Ti)_2Zr+Al_3(Zr,Ti)_5相,而設(shè)計(jì)成分為Al-35at.%Ti-11at.%Zr的Al54樣品,則包含TiAl+(Al,Ti)_2Zr相。除了Ti_3Al+TiAl層片組織外,Ti_2Al+TiAl及Ti(Zr)Al+Al_3(Zr,Ti)_5層片組織在Al-Ti-Zr三元合金中被發(fā)現(xiàn),而Al-Zr金屬間化合物主要以塊狀的形式存在于三元合金的組織中。力學(xué)性能研究表明:在所研究的Al-Ti-Zr三元合金中,維氏硬度隨著Al-Zr金屬間化合物比例的增加而增加;斷裂韌度及抗彎強(qiáng)度隨Ti_3Al+TiAl層片組織的比例的增加而增加,層片組織對(duì)裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)作用,從而對(duì)提高三元合金的斷裂韌度起到了較大的作用。同時(shí),斷裂時(shí)的層間斷裂對(duì)抗彎強(qiáng)度的提高也起到了較大作用。該合金的斷裂模式穿晶斷裂,當(dāng)裂紋遇到層片組織時(shí),發(fā)生裂紋偏轉(zhuǎn),形成裂紋擴(kuò)展臺(tái)階,提高了裂紋擴(kuò)展的能量消耗,有利于提高合金的斷裂韌度與抗彎強(qiáng)度。其中具有較好綜合性能的Al41合金的維氏硬度、斷裂韌度和三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度分別為568±38 HV、5.2±0.6 MPa.m~(1/2)和369±9 MPa。700~800℃的熱穩(wěn)定化處理對(duì)提高合金組織的穩(wěn)定性、力學(xué)性能和細(xì)化組織有利。經(jīng)過(guò)800℃×32h穩(wěn)定化熱處理后,Al41合金的維氏硬度、斷裂韌度和抗彎強(qiáng)度強(qiáng)度,分別達(dá)到606±36 HV、6.6±0.4 MPa.m~(1/2)和510±20 MPa,相比于穩(wěn)定化處理前分別提高了6.7%、26.9%和38.2%。Al41樣品在700~800℃時(shí)抗氧化性較好,900℃及1000℃的抗氧化性較差,且不同的氧化物之間存在的熱膨脹系數(shù)差會(huì)導(dǎo)致冷卻過(guò)程中氧化物發(fā)生剝落;合金適宜在800℃的溫度下使用。提出了Al41合金的氧化模型:即氧化初期,合金中裸露在表面的Ti_3Al和TiAl相,首先與空氣中的O反應(yīng),形成TiO_2和Al_2O_3氧化膜,由于TiO_2的生長(zhǎng)速度快,而且氧化膜疏松,因此TiO_2氧化膜不斷增厚,并處于氧化膜的最外層;而Al_3(Zr,Ti)_5相表面形成了Al_2O_3、ZrO_2和少量TiO_2組成的較為致密的氧化膜,氧化膜阻礙了合金中原子的向外擴(kuò)散以及O的往內(nèi)擴(kuò)散,使得氧化膜增厚較為緩慢。高溫長(zhǎng)時(shí)間氧化后,相鄰Ti_3Al和TiAl相形成的TiO_2氧化膜,向外擴(kuò)張,并最終鋪滿整個(gè)表面。因此,合金中較高的Al和Zr含量有利于提高合金的抗氧化性能。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.21

【參考文獻(xiàn)】

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2 張繼,張志宏,石建東,鄒敦?cái)?仲增墉;TiAl合金細(xì)小全層片組織形成機(jī)理[J];金屬學(xué)報(bào);1998年09期

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本文編號(hào)：2766836