本文關(guān)鍵詞：含高量W，Nb低量Al的五元鑄態(tài)TiAl合金的凝固機(jī)理研究

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【摘要】：本論文研究了三種不同冷卻速度(由有無石棉包套以及是否擴(kuò)大直徑來控制),制備的近片層γ-TiAl合金Ti-45Al-5Nb-1W-1B (at.%)的顯微組織和力學(xué)性能。系統(tǒng)分析了單個(gè)試樣表層到心部晶粒尺寸變化(橫向?qū)Ρ?以及第二相(主要為B2+ω,等軸γ)的分布特征,同時(shí)對不同冷卻速度的試樣也進(jìn)行了縱向?qū)Ρ?探討冷卻速度的影響大小。本文同時(shí)對于合金的力學(xué)性能(室溫和高溫拉伸,疲勞以及蠕變)進(jìn)行了測試分析,探討其影響因素以及變形機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：三種冷卻速度鑄造的γ-TiAl合金從表層到心部,依據(jù)晶粒尺寸變化規(guī)律都可以分為三個(gè)部分,即由幾層晶粒所構(gòu)成的表層細(xì)晶粒區(qū)(S區(qū)域),中間晶粒尺寸最大的過渡區(qū)域(M區(qū)域)以及心部區(qū)域(C區(qū)域)。分別對比不同冷卻速度合金的對應(yīng)區(qū)域發(fā)現(xiàn)表層S區(qū)域三種合金差別不大；過渡M區(qū)域的晶粒尺寸三種合金差別最大,從大到小依次為Alloy 1, Alloy 3和Alloy 2(合金編號按照冷卻速度大小確定,從大到小依次為Alloy 1, Alloy 3和Alloy 2);而Alloy 2的心部C區(qū)域晶粒尺寸最小,Alloy 1和3差別不大。由此可見,冷卻速度較慢時(shí)更有利于細(xì)化γ-TiAl合金晶粒,同時(shí)單純的擴(kuò)大鑄錠直徑并不能有效的降低冷卻速度進(jìn)而降低晶粒尺寸。除了晶粒尺寸的變化之外,本文對于三種冷速合金顯微組織細(xì)節(jié)特征以及第二相分布特征也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析。結(jié)果表明,單一合金過渡區(qū)域(M區(qū)域)出現(xiàn)大范圍了包晶反應(yīng)現(xiàn)象,而這種現(xiàn)象隨著冷卻速度降低,包晶區(qū)域減小,Al元素富集區(qū)域也更加集中。同時(shí),第二相隨著冷速降低其數(shù)量也大量增加,因此Alloy 2心部C區(qū)域第二相含量最多。力學(xué)實(shí)驗(yàn)也表明,晶粒尺寸越小的區(qū)域可以獲得更好的室溫力學(xué)性能。隨著實(shí)驗(yàn)溫度的升高,片層組織的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)會使得合金高溫力學(xué)性能得到一定程度的提高,但是,第二相的存在,特別是等軸γ相的數(shù)量達(dá)到一定值時(shí),其對于高溫強(qiáng)度的弱化作用會大于片層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化作用使得力學(xué)性能下降。最后,對于疲勞實(shí)驗(yàn)中的“不確定”斷裂現(xiàn)象,本文發(fā)現(xiàn)其發(fā)生概率會隨著晶粒尺寸降低而減少。
【關(guān)鍵詞】：γ-TiAl合金 冷卻速度 力學(xué)性能 變形機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG292;TG146.23
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 TiAl合金基本特征11-14
• 1.1.1 相圖與相變11-12
• 1.1.2 顯微結(jié)構(gòu)和組織12-14
• 1.2 TiAl合金制備工藝14-18
• 1.2.1 熔煉工藝16
• 1.2.2 熱加工藝16-18
• 1.3 摻雜/改性元素對于TiAl合金基體性能影響18-21
• 1.3.1 鈮對TiAl合金組織和性能的影響19-20
• 1.3.2 鎢對TiAl合金組織和性能的影響20
• 1.3.3 硼對TiAl合金組織和性能的影響20-21
• 1.4 本領(lǐng)域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-23
• 1.5 本課題研究的目的、意義及主要內(nèi)容23-25
• 1.5.1 本課題研究的目的和意義23
• 1.5.2 本課題研究的主要內(nèi)容23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方案與方法25-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)步驟25-26
• 2.3 顯微組織觀察26-27
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)結(jié)果分析26-27
• 2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)結(jié)果分析27
• 2.4 力學(xué)性能測試27-32
• 2.4.1 拉伸性能測試27-28
• 2.4.2 疲勞性能測試28-29
• 2.4.3 蠕變性能測試29-31
• 2.4.4 技術(shù)路線31-32
• 第三章 合金顯微組織分析32-49
• 3.1 金相組織顯微與宏觀觀察32-34
• 3.2 合金組織掃描電子顯微觀察34-38
• 3.3 顯微組織統(tǒng)計(jì)分析38-44
• 3.3.1 晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)分析38-43
• 3.3.2 第二相體積統(tǒng)計(jì)分析43-44
• 3.4 合金組織透射電子顯微觀察44-45
• 3.5 分析與討論45-49
• 3.5.1 冷卻速度對于凝固路徑以及顯微組織的影響45-46
• 3.5.2 第二相形成、數(shù)量與分布特點(diǎn)46-49
• 第四章 合金力學(xué)性能測試及分析49-59
• 4.1 拉伸性能分析49-53
• 4.1.1 室溫拉伸49-51
• 4.1.2 高溫拉伸51-53
• 4.1.3 拉伸強(qiáng)度變化機(jī)理53
• 4.2 疲勞性能分析53-58
• 4.2.1 疲勞測試53-56
• 4.2.2 疲勞裂紋擴(kuò)展56-57
• 4.2.3 疲勞不確定現(xiàn)象57-58
• 4.3 蠕變性能分析58-59
• 結(jié)論59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果68

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