發(fā)布時間：2020-05-26 16:51

【摘要】：TiAl基合金密度低,具有較高的比強度和比彈性模量,在高溫時仍可保持足夠高的強度和剛度,同時具有良好的抗蠕變及抗氧化能力,這些優(yōu)點使其成為航空用發(fā)動機及汽車耐熱結(jié)構(gòu)件最具競爭力的材料。采用粉末冶金法制備TiAl基合金不僅組織均勻而且可有效避縮松、縮孔以及成分偏析等鑄造缺陷。一直以來,稀土元素都被當(dāng)作黑色和有色金屬的強化劑,它的加入不僅可以細化晶粒,還可以凈化基體從而提高材料的力學(xué)強度。本文利用合金Ti48Al2Cr2Nb粉末、稀土La粉末,通過熱等靜成功燒結(jié)制備了不同含La量的Ti48Al2Cr2Nb-x La(x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,1.5)(at.%)合金,并系統(tǒng)分析了La含量對合金的顯微組織及各項力學(xué)性能(硬度、壓縮、三點彎曲、拉伸、斷裂韌性)的影響。研究發(fā)現(xiàn)Ti48Al2Cr2Nb-xLa合金可以在1150℃,4h下通過熱等靜壓燒結(jié)成功,其組織主要由等軸γ相以及分布在晶界少量細小α_2相組成的等軸近γ組織,富La的第二相主要存在于原始合金顆粒的周圍。經(jīng)過1420℃,保溫時間2h后,合金組織轉(zhuǎn)變?yōu)棣羅2+γ全片層組織。元素La加入后可以有效的控制合金的晶粒度,但La含量達到0.3at%后,其細化晶粒的作用不明顯。當(dāng)La添加量很少(小于0.3at%)時,富La第二相以細小彌散的形式存在于合金的晶界和晶團片層內(nèi)部。當(dāng)La添加量超過0.5at%時,富La第二相以網(wǎng)狀和大塊狀存在于晶團邊界,且在其周圍存在一些孔洞。通過XRD以及EDS分析,得出了富La的第二相主要由LaAlO_3以及少量La_2O_3構(gòu)成。La的摻雜首先會奪取合金內(nèi)的O,不僅凈化了基體,而且形成的LaAlO_3以及La_2O_3相還可以起細化晶粒和彌散強化作用,使得合金的抗壓強度,三點彎曲強度、拉伸強度得到了一定的提升,且在La添加量為0.3at%時提升效果最明顯。但是過量的加入La會由于網(wǎng)狀分布和大塊狀的富La第二相存在,導(dǎo)致性能下降。適量La的添加雖然給合金帶來強度上的提高,但也給某些性能帶來損害。比如:隨著La含量的增加,合金的硬度和韌性下降。
【圖文】：

別下 TiAl 合金的組成以及制備工藝。通過合金化和組織控制，材普遍提高[4-6]。經(jīng)過幾十年的對 TiAl 合金的研究，如今 TiAl 合金的應(yīng)用已取得TiAl 合金制造葉片不僅滿足使用上的要求，而且實現(xiàn)了輕量化，G研制的 CEnx 發(fā)動機低壓渦輪第 6，7 級葉片就采用了鑄造 TiA鎳基高溫合金減少了發(fā)動機的質(zhì)量。我國于二十世紀七十年代才的研究，經(jīng)過我國科研人員的不斷努力，成功開發(fā)出了 TC11，TA1的高溫合金，并成功應(yīng)用于 WP13，，WP14 以及 WS11 航空發(fā)動機[7-9]。 TiAl 合金的制備方法制備 TiAl 合金的主要工藝方法有以下幾種：鑄錠冶金、鑄造以法主要如圖 1-1 所示：鑄錠冶金粉末冶金 鑄造法

重偏析）和微觀偏析（比如枝晶偏析），這種偏析在后續(xù)的熱處理（包括熱等靜壓及熱變形（包括熱鍛和熱擠壓）過程中（也不能完全消除這些缺陷。因此如何解些問題有很重要的意義。.2.2 粉末冶金粉末冶金是以單質(zhì)或合金粉末為原料，經(jīng)燒結(jié)就可得到所需形狀的 TiAl 基合金。與傳統(tǒng)鑄造法相比，粉末冶金的主要優(yōu)勢在于：沒有了鑄造的疏松、縮孔等缺陷且得到的合金組織更均勻，晶粒更細小，力學(xué)性能更優(yōu)越。另外，采用粉末冶金于合金元素，強化相的添加，最重要的是它還可以實現(xiàn)近凈成型，從而避免了后機械加工，既提高了效率也節(jié)約了成本。目前粉末冶金的主要方法有：元素粉末法和預(yù)合金粉末燒結(jié)法[14-16]。元素?zé)Y(jié)法即是將 Al 粉、Ti 粉以及其他添加相粉末先經(jīng)固結(jié)加工成型，最后在以及一定壓力下將粉末轉(zhuǎn)變成 TiAl 合金組織。其反應(yīng)過程如圖 1-2 所示[17-18]：
【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】：2018
【分類號】：TF125.22

【參考文獻】

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本文編號：2682135