【摘要】：γ-TiAl基合金具有優(yōu)良的性能,在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的強度、良好的抗蠕變性和抗阻燃性,已成為重點實用化研究的新型輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。然而γ-TiAl基合金的本征脆性導(dǎo)致室溫塑性差、延展性低,難以采用常規(guī)加工方法成形,因此研究超塑性成形方法對其發(fā)展具有重要意義。當(dāng)前已實現(xiàn)超塑性能的γ-TiAl基合金多為細(xì)晶近γ組織或雙態(tài)組織,原位合成等軸雙相超細(xì)晶組織卻鮮有報道。實現(xiàn)超塑性的前提是獲得超細(xì)晶組織,采用粉末燒結(jié)工藝制備的合金組織均勻細(xì)小,無偏析、疏松等鑄造缺陷,易于添加各種合金元素。因此,該工藝為超細(xì)晶組織的制備奠定了良好的基礎(chǔ)。本文通過粉末冶金工藝制備Ti-45Al-5Nb(at.%)合金,采用高能球磨(40h)+真空熱壓燒結(jié)方法,獲得等軸雙相超細(xì)晶γ-TiAl基合金組織(γ-TiAl+α_2-Ti_3Al)。主要研究Ti-45Al-5Nb合金在1000~1075℃、應(yīng)變速率5×10~(-5)~1×10~(-3)s~(-1)時的高溫拉伸性能,重點分析在高溫形變過程中超細(xì)晶組織真應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征及超塑性變形機理,主要包括組織界面處的演化規(guī)律、錯配結(jié)構(gòu)和晶界間位向關(guān)系等。研究結(jié)果表明:(1)高能球磨40h的合金粉末細(xì)化效果非常顯著,在實現(xiàn)納米化的同時產(chǎn)生了部分合金化。球磨粉末經(jīng)真空熱壓燒結(jié)原位合成等軸超細(xì)晶/納米晶(γ+α_2)雙相合金組織,γ相晶粒尺寸為500nm,α_2相晶粒尺寸介于100~200nm。(2)經(jīng)包套熱壓后的Ti-45Al-5Nb合金燒結(jié)塊體,在溫度1000~1075℃、應(yīng)變速率5×10~(-5)~1×10~(-3)s~(-1)條件下,表現(xiàn)出不同程度的拉伸性能:在1000℃、1×10~(-3)s~(-1)條件下,當(dāng)達(dá)到應(yīng)力峰值時,試樣未進(jìn)入穩(wěn)態(tài)流動區(qū)即發(fā)生斷裂,流變應(yīng)力達(dá)到208MPa,其延伸率僅為14.8%;而溫度為1075℃、應(yīng)變速率為5×10~(-5)s~(-1)時,流變應(yīng)力峰值僅為7.5MPa,延伸率達(dá)到251%,表現(xiàn)出超塑拉伸性能。(3)Ti-45Al-5Nb合金的高溫形變過程是熱激活過程,在1025℃、1050℃和1075℃時的應(yīng)變速率敏感指數(shù)m值分別為0.40、0.46和0.47;且該溫度范圍內(nèi)的高溫變形激活能Q值為387.51kJ·mol~(-1),建立相關(guān)的高溫?zé)嵝巫儽緲?gòu)方程為:(?)=3.75×10~(11)[sinh(0.08σ)]~(2.47)exp(-387510/RT)(4)在1000℃、不同應(yīng)變速率時,Ti-45Al-5Nb合金拉伸斷口表現(xiàn)出不同的形貌:在應(yīng)變速率為1×10~(-3)s~(-1)條件下,斷口表面存在少量的二次微裂紋;在應(yīng)變速率為1×10~(-4)s~(-1)和5×10~(-5)s~(-1)時,斷口處出現(xiàn)明顯的韌窩,且隨應(yīng)變速率的減小,韌窩逐漸加深、尺寸增大、數(shù)量也相應(yīng)增多。(5)高溫塑性變形機制為位錯滑移和γ/γ相間的孿晶,其中γ相晶內(nèi)孿晶界的取向關(guān)系為(001)_γ//(110)_γ,且γ/γ孿晶界面處存在著大量的內(nèi)稟型堆垛層錯(SISF)組成的臺階,孿晶界寬度為0.963nm,夾角為110°;高溫變形后主要的軟化機制為γ相晶粒的動態(tài)再結(jié)晶。
【圖文】：

圖 1.1 γ-TiAl 相和α2-Ti3Al 相的晶體結(jié)構(gòu)(a)γ-TiAl (b)α2-Ti3Al TiAl 基合金的顯微結(jié)構(gòu)究表明，γ-TiAl 基合金的晶粒尺寸和顯微組織對合金的力學(xué)性能起著關(guān)材料顯微組織一般受合金成分、熱加工工藝、熱處理溫度及冷卻速度等[17]。通常 TiAl 基合金根據(jù)相含量不同，典型組織形態(tài)一般可分為四種(NG)、雙態(tài)組織(DP)、近片層組織(NL)、全片層組織(FL)[18]，，如γ顯微組織(NG)，由等軸γ相晶粒及離散分布在其相界處的微量α2相晶形后退火溫度降至共析溫度附近時，隨后緩慢冷卻至室溫可以形成該組織的強度、塑性等其他力學(xué)性能在四種組織形態(tài)中最差。態(tài)組織(DP)，由等軸γ相晶粒和片層相間的α2/γ晶團(tuán)組成。當(dāng)退火溫度左右時，獲得了α與γ相體積分?jǐn)?shù)大致相當(dāng)?shù)脑摲N組織，且熱處理溫度

圖 1.2 TiAl 基合金四種典型組織(a)NG (b)DP (c)NL (d)FLAl 基合金的本征脆性溫條件下，γ-TiAl 基合金單晶或多晶狀態(tài)時，均呈現(xiàn)出嚴(yán)重的室溫脆性現(xiàn)象，斷口特征為脆性斷裂，故將這種與其自身組織結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的征脆性。在γ-TiAl 合金中，金屬鍵成分所占百分比為 65%左右，共價比約為 35%。正是因為γ-TiAl 基合金的這種特征導(dǎo)致在室溫下進(jìn)行機，嚴(yán)重限制了其廣泛的生產(chǎn)和應(yīng)用。體學(xué)的角度看，γ-TiAl 基合金為面心立方結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的有序化導(dǎo)致了，從而減少位錯的可動滑移系數(shù)目，使得位錯滑移、交滑移較困難中產(chǎn)生應(yīng)力集中以及微裂紋形核，最終造成γ-TiAl 基合金提前斷裂[20 的理論，γ-TiAl 相中的化學(xué)鍵具有某種程度的共價鍵特性，而γ-T是共價鍵電子數(shù)在總電子數(shù)中所占比例較大造成的[21]。同時，當(dāng)位錯
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF125.22

【參考文獻(xiàn)】

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1 付明杰;韓秀全;吳為;張建偉;;Ti-23Al-17Nb合金板材超塑性研究[J];金屬學(xué)報;2014年08期

2 馬明珠;黃源s

本文編號：2636128