采用熔體旋轉(zhuǎn)法(melt-spinning)制備了快速凝固Ti-46Al-2Cr-2Nb-xY (x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)、Ti-46Al-2Cr-xNb-0.3Y(x=2.0,4.0,6.0)(at.%)合金薄帶,研究了Y和Nb含量、冷卻速度對快速凝固TiAl基合金的顯微組織及力學(xué)性能的影響,研究了快速凝固TiAl基合金在退火過程中的組織演變規(guī)律,以及快速凝固TiAl基合金薄帶粉碎/燒結(jié)后的顯微組織及力學(xué)性能的變化規(guī)律,得到以下主要研究結(jié)果。 對快速凝固Ti-46Al-2Cr-2Nb-xY合金的研究表明:Y的添加對快速凝固TiAl基合金的相組成及顯微組織產(chǎn)生了顯著的影響。隨著Y的添加快速凝固TiAl基合金的晶粒顯著細(xì)化,Y含量從0增加到2.0at.%時(shí)合金的平均晶粒尺寸從6μm降低到1μm以下。Y的添加使合金中α2相的含量減少,γ相的含量增加,γ/α2比例增加。Y的添加量高于1.5at.%時(shí)使得快速凝固TiAl基合金的初始凝固相由α相轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪�。快速凝固TiAl基合金的顯微組織與Y含量有密切的關(guān)系。Y的添加量小于1.0at.%時(shí),合金主要由等軸的α2相和晶界處的層片狀或塊狀γ相組成;Y含量高于1.5at.%的兩種合金組織由等軸β/B2相和晶界處的等軸或者層片狀的α2相以及γ相組成�？焖倌烫岣吡薡在TiAl基合金中的固溶度,但是仍然小于0.5at.%。不能固溶的Y形成Al2Y相,以均勻彌散的球形顆粒形式存在,顆粒尺寸約為40-100nm�？焖倌蘐iAl基合金的硬度與合金中的α2相的含量有直接的對應(yīng)關(guān)系,隨著Y含量的增加合金中的α2相的含量降低,硬度下降。 Nb含量對快速凝固Ti-46Al-2Cr-xNb-0.3Y合金的相結(jié)構(gòu)及顯微組織形貌影響不大。對幾種不同Nb含量的快速凝固Ti-46Al-2Cr-xNb-0.3Y合金薄帶自由表面的形貌觀察表明初始凝固相由普通凝固條件下的β相轉(zhuǎn)為α相。幾種不同Nb含量的快速凝固TiAl基合金由γ相和α2相組成,隨著Nb含量的增加α2相的含量先降低后增多。幾種合金的顯微組織為等軸晶+層片狀組織,層片結(jié)構(gòu)的數(shù)量隨著Nb的添加而增加,但是層片厚度不隨Nb含量的改變而變化。Nb的添加促進(jìn)了快速凝固TiAl基合金中堆垛層錯(cuò)和位錯(cuò)等缺陷的形成。 采用近牛頓冷卻方式估算了快速凝固TiAl基合金的冷卻速度,為105-106K/s。以Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金為例研究了冷卻速度對快速凝固TiAl基合金顯微組織的影響。幾種不同冷卻速度下快速凝固Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金的顯微組織都由等軸晶和層片狀相組成,層片團(tuán)的尺寸隨著冷卻速度的提高而減小。Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金在低冷卻速度下由γ相和β/B2相組成,在高冷卻速度下由γ相和α2相構(gòu)成。隨著冷卻速度的提高,合金中的β/B2相逐漸減少,而α2相含量增高。冷卻速度越高,快速凝固Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金的硬度越高,彎曲塑性降低。彎曲塑性隨著γ相晶格畸變的增大而降低,通過計(jì)算γ相的晶格畸變可以預(yù)測γ-TiAl合金的塑性。 對快速凝固Ti-46Al-2Cr-xNb-0.3Y合金薄帶在不同溫度下的退火處理研究發(fā)現(xiàn): Nb含量對快速凝固TiAl基合金在退火過程中的相轉(zhuǎn)變規(guī)律沒有明顯影響。在退火溫度為600-800℃的范圍內(nèi),亞穩(wěn)的α2相逐漸分解轉(zhuǎn)變?yōu)棣孟��？焖倌蘐i-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金的退火溫度高于840℃時(shí)從γ相基體上析出α相片層,在920℃退火時(shí)發(fā)生了γ相的有序化相變,在970℃退火時(shí)層片組織發(fā)生了連續(xù)粗化,退火溫度升高到1050℃時(shí),層片發(fā)生分解,晶粒逐漸球化。在退火過程中由快速凝固造成的位錯(cuò)等規(guī)則排列形成亞晶界,從而細(xì)化了晶粒。隨著退火溫度的提高,快速凝固TiAl基合金中γ相的晶格畸變增大,合金的硬度顯著降低。 研究了快速凝固Ti-46Al-2Cr-4Nb-0.3Y合金薄帶的破碎和燒結(jié)成型。TiAl基合金薄帶經(jīng)過球磨后破碎為細(xì)小的顆粒,球磨2h后的顆粒尺寸小于75μm。在1200℃燒結(jié)快速凝固TiAl基合金粉末得到了完全致密度的塊體。進(jìn)一步提高燒結(jié)溫度對合金密度影響不大,但是對燒結(jié)塊體的顯微組織及相結(jié)構(gòu)有顯著影響。燒結(jié)塊體主要由γ和α2相組成。隨著燒結(jié)溫度的升高,α2相的體積分?jǐn)?shù)降低,塊體合金由近γ組織演變?yōu)榻鼘悠M織,且組織逐漸粗化,但是長大不明顯。與同成分的鑄態(tài)母合金相比,快速凝固TiAl基合金的燒結(jié)塊體組織細(xì)小均勻,沒有顯微偏析,從而提高了合金的強(qiáng)度和塑性。在1260℃燒結(jié)的塊體具有良好的綜合力學(xué)性能,室溫壓縮斷裂強(qiáng)度和壓縮率分別為2984MPa和41.5%,高溫(800℃)拉伸斷裂強(qiáng)度和伸長率分別為527.5MPa和5.9%。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TG146.23
【部分圖文】：

- 2 -圖 1-1 TiAl 基合金中兩種主要組成相的晶胞結(jié)構(gòu)[14](a) L10型 TiAl 有序結(jié)構(gòu)晶胞，(b) D019型 Ti3Al 有序結(jié)構(gòu)晶胞Fig. 1-1 The unit cell structure of two main phases in TiAl based alloys[1) Ordered unit cell of TiAl with L10, (b) Ordered unit cell of Ti3Al with D

Ti-Al合金二元相圖

TiAl基合金的四種典型組織
【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 付建強(qiáng);強(qiáng)流脈沖電子束輻照Al膜/Ti基體合成Ti-Al表面合金層[D];大連理工大學(xué);2012年

本文編號：2862476