本文選題：TiAl合金 + 固態(tài)置氫　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：TiAl合金由于其低密度、高比強(qiáng)度以及優(yōu)異高溫抗氧化性能和斷裂韌性,在航空航天、汽車領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。TiAl合金較低的室溫塑性、較高的變形抗力及較窄的熱加工窗口嚴(yán)重限制了其發(fā)展及應(yīng)用。固態(tài)置氫技術(shù)是將氫作為臨時(shí)性元素來(lái)改善鈦合金組織和熱加工性能的新工藝,而不引起合金成分的改變。由于TiAl合金主要由γ相構(gòu)成,導(dǎo)致TiAl合金吸氫量較低,限制了固態(tài)置氫技術(shù)在TiAl合金中的應(yīng)用。高溫下TiAl合金主要發(fā)生α2+γ→α+γ→α→α+β等一系列轉(zhuǎn)變,而α相和β相的吸氫能力大于γ相,因此本文提出了TiAl合金固態(tài)置氫新思路,即在TiAl合金相變區(qū)間內(nèi)進(jìn)行固態(tài)置氫。TiAl合金在溫度場(chǎng)和氫氣氛雙重作用下的組織演化及固態(tài)相變將更加復(fù)雜,同時(shí)也將對(duì)TiAl合金高溫流變行為產(chǎn)生重要影響。本文將針對(duì)這些方面展開深入研究。首先對(duì)二元TiAl合金、高Nb-TiAl合金及beta-gama TiAl合金進(jìn)行微觀組織觀察、XRD物相分析以及相變點(diǎn)確定。通過調(diào)整Al含量,控制TiAl合金中α2相和γ相體積分?jǐn)?shù);通過添加不同含量的β相穩(wěn)定元素,控制TiAl中B2相的體積分?jǐn)?shù)。根據(jù)Tα溫度,選取TiAl合金置氫溫度,使置氫溫度位于TiAl合金不同相區(qū),如(α2+γ)相區(qū)、(α+γ)相區(qū)、(α+γ+β)相區(qū)和單相α相區(qū)等,研究此溫度下TiAl合金的吸氫行為。研究了低溫(300 500℃)高壓(0.1-13MPa)下TiAl合金的吸氫行為,合金吸氫速率隨著溫度的升高而提高,合金在50s以內(nèi)基本完成吸氫。合金吸氫量隨氫分壓、置氫溫度及α2相和B2相體積分?jǐn)?shù)的提高而增加。在300-500℃和8MPa下,氫在TiAl合金中的擴(kuò)散系數(shù)為4.28×10-4 8.76×10-4cm2/s。高壓置氫后,氫并未對(duì)TiAl合金微觀組織產(chǎn)生明顯的影響,一方面由于置氫溫度較低,合金并未發(fā)生組織和相轉(zhuǎn)變;另一方面氫固溶于合金中,且并未形成氫化物。研究了高溫(1100-1420℃)常壓下TiAl合金的吸氫行為,合金的吸氫量隨著置氫溫度、氫流量、置氫時(shí)間、α2相和B2相體積分?jǐn)?shù)的提高而增加。在1420℃下置氫60min,Ti-44Al-6Nb-1Cr-2V合金吸氫量可達(dá)0.126 wt.%。通過曲線擬合獲得氫在TiAl合金中溶解熱,其隨著Ti含量增加而提高,添加β相穩(wěn)定元素降低了氫在TiAl合金中的溶解熱。正的溶解熱表明TiAl合金吸氫是一個(gè)吸熱反應(yīng)。對(duì)高溫固態(tài)置氫TiAl合金的微觀組織進(jìn)行觀察,在(α+γ)兩相區(qū)固態(tài)置氫后,氫增大合金的片層團(tuán)尺寸和片層間距;氫促進(jìn)片層向γ相轉(zhuǎn)變,促進(jìn)塊狀γ相形成;氫能夠抑制B2相分解和穩(wěn)定B2相。在單相α相區(qū)固態(tài)置氫后,形成光滑平直的片層團(tuán)晶界,歸因于氫降低界面能和γ相生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力;氫促進(jìn)γ相形核,細(xì)化片層間距。氫能夠降低TiAl合金Tα轉(zhuǎn)變溫度,從熱力學(xué)的角度證實(shí)氫能促進(jìn)片層向γ相轉(zhuǎn)變。利用Gleeble熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)研究了在1100-1250℃和0.001 1s-1熱變形條件下,氫對(duì)二元TiAl合金、高Nb-TiAl合金及beta-gama TiAl合金高溫流變行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,合金的流變應(yīng)力隨著變形溫度的升高、應(yīng)變速率的降低以及氫含量的增加而降低。在相同變形條件下,beta-gama TiAl合金峰值應(yīng)力更低。置氫后,TiAl合金的峰值應(yīng)力最大降低40%,變形溫度降低50℃。建立了置氫TiAl合金熱變形本構(gòu)方程和熱加工圖,未置氫和置氫Ti-44Al-6Nb合金的熱變形激活能分別為Q=485.7kJ·mol-1和Q=382.9k J·mol-1;未置氫和置氫合金的熱加工窗口分別為:1200℃和0.01s-1,1150 1200℃和0.1 0.01s-1,固態(tài)置氫拓寬了TiAl合金的熱加工窗口。在較低變形溫度下(1100℃)TiAl合金主要發(fā)生片層彎曲和拉長(zhǎng)協(xié)調(diào)變形,在片層團(tuán)晶界處發(fā)生少量動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶隨程度著變形溫度的升高、應(yīng)變速率的降低及氫含量的增加而提高,且熱變形組織呈帶狀形貌。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)以及B2相協(xié)調(diào)變形是TiAl合金主要的高溫軟化方式。氫促進(jìn)TiAl合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)以及氫提高B2相體積分?jǐn)?shù)是氫致TiAl合金高溫軟化機(jī)制。
[Abstract]:TiAl鍚堥噾鐢變簬鍏朵綆瀵嗗害,楂樻瘮寮哄害浠ュ強(qiáng)浼樺紓楂樻俯鎶楁哀鍖栨，

本文編號(hào)：1860272