發(fā)布時(shí)間：2020-11-07 14:35

　　 TiAl基金屬間化合物兼顧金屬的塑性、陶瓷的高溫強(qiáng)度,又具有低于4.5kg/cm3的密度、遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)高溫合金的高溫比強(qiáng)度、高溫抗氧化性和耐腐蝕性,在航空航天、汽車、石油等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,但其室溫脆性大、延性低嚴(yán)重阻礙了它的發(fā)展。因此,解決TiAl金屬間化合物材料加工成形困難,獲得組織成分均勻、致密度高的高性能構(gòu)件,會極大地促進(jìn)TiAl合金在航空、航天等領(lǐng)域的應(yīng)用,也會為新材料的研制和開發(fā)提供新的思路和方法。本文針對成分為Ti-45Al-8Nb、Ti-45Al-10Nb和Ti-45Al-12Nb三種合金粉末,采用高能球磨方法獲得納米級超細(xì)粉末,經(jīng)真空熱壓燒結(jié),獲得了雙相等軸狀γ-TiAl和α2-Ti3Al超細(xì)合金組織。主要探究粉末冶金方法制備的Ti-45Al-xNb(x=8、10、12)超細(xì)晶合金在高溫變形過程中真應(yīng)力-應(yīng)變特點(diǎn)和組織演化規(guī)律,并研究了該合金在熱變形過程中組織界面處形成的錯(cuò)配結(jié)構(gòu)、界面結(jié)合的位向關(guān)系以及形變發(fā)生時(shí)最優(yōu)取向。研究結(jié)果表明:(1)Ti-45Al-8Nb、Ti-45Al-10Nb和Ti-45Al-12Nb三種成分混合粉末經(jīng)25h高能球磨,粉末顆粒度達(dá)到納米級,隨著合金元素Nb含量的增加,細(xì)化效果越來越明顯,說明Nb元素可以提高粉末細(xì)化強(qiáng)度;合金粉末在細(xì)化的同時(shí)有Ti3Al、TiAl3和Ti3Al5新相的生成,實(shí)現(xiàn)了復(fù)合粉末的合金化。(2)Ti-45Al-8Nb、Ti-45Al-10Nb、Ti-45Al-12Nb三種球磨后超細(xì)粉末經(jīng)高溫真空熱壓燒結(jié)都獲得的γ-TiAl和α2-Ti3Al雙相超細(xì)等軸狀合金組織,合金基體尺寸都介于100~200nm,α2-Ti3Al顆粒達(dá)到納米級,Ti-45Al-8Nb致密度最高為90.93%。(3)Ti-45Al-8Nb、Ti-45Al-10Nb和Ti-45Al-12Nb三種成分的TiAl基合金對溫度和應(yīng)變速率都比較敏感,形變溫度越高,應(yīng)變速率越慢,峰值流變應(yīng)力越小。在相同變形條件下Ti-45Al-10Nb的流變應(yīng)力最大,Ti-45Al-12Nb的最小,對比三種合金Ti-45Al-10Nb的加工硬化能力更強(qiáng)。(4)Ti-45Al-12Nb合金在1100-1200℃/0.01-0.0001s-1熱變形條件下,Ti-45Al-12Nb合金應(yīng)變敏感系數(shù)m為0.61,高溫變形激活能Q值為496kJ·mol-1,建立了該合金經(jīng)粉末冶金(機(jī)械球磨+真空熱壓燒結(jié))制備超細(xì)晶TiAl雙相合金的高溫?zé)嶙冃伪緲?gòu)方程為:34.54 1.65ε0.039)[sinh( ?] ex(-?496000 RTe)p /.(5)Ti-45Al-8Nb合金高溫變形后的組織晶粒主要以位錯(cuò)的滑移和孿生方式變形,晶粒以旋轉(zhuǎn)、彎曲、伸長開啟變形,晶界處存在一些位錯(cuò)網(wǎng),且在高溫變形中,γ/γ、α2/γ和α2/α2界面不同于層片狀γ-TiAl、α2-Ti3Al雙相合金中界面中存在固定的位向關(guān)系。γ/γ之間更易形成以(001)晶面為對稱的孿晶,α2/γ和α2/α2界面間更易形成超點(diǎn)陣的位錯(cuò)結(jié)構(gòu),本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)變形合金中還存在?1110?α2/?111?γ和(1220)α/(1220)α的大角度晶界。
【學(xué)位單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TF125.22
【部分圖文】：

這些都是導(dǎo)致γ-TiAl 基合金呈現(xiàn)很大室溫脆性的原因。α2-Ti3Al 是六方 DO19點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)(如圖1.1b)，具有比γ-TiAl 基合金更好的塑性，但服役溫度較γ-TiAl 低 200℃左右。然而，γ-TiAl 基合金比α2-Ti3Al 具有更大的優(yōu)勢，γ-TiAl 具有更低的密度，工作溫度更高，高溫抗氧化性更強(qiáng)，γ-TiAl 基合金擁有與鎳基合金相當(dāng)?shù)目谷渥冃阅芎涂寡趸�性[20]。圖 1.1 γ-TiAl 和α2-Ti3Al 晶體結(jié)構(gòu)示意圖1.2.3 TiAl 基合金的顯微組織不同的熱加工工藝和不同的熱處理方法能獲得具有不同顯微組織的γ-TiAl 基合金，實(shí)際上γ-TiAl 基合金是雙相組織，基體為等軸狀的γ-TiAl 相

圖 1.1 γ-TiAl 和α2-Ti3Al 晶體結(jié)構(gòu)示意圖1.2.3 TiAl 基合金的顯微組織不同的熱加工工藝和不同的熱處理方法能獲得具有不同顯微組織的γ-TiAl 基合金，實(shí)際上γ-TiAl 基合金是雙相組織，基體為等軸狀的γ-TiAl 相，還有少量的α2-Ti3Al相。根據(jù)相含量不同，顯微組織呈現(xiàn)近γ組織(NG)、雙態(tài)組織(DP)、近層片組織(NL)和全層片組織(FL)四種不同類型[21](如圖 1.2)。近γ顯微組織是由全部的等軸狀γ相或者是由大部分的等軸狀γ相和分布在γ晶界處的少量α2相組成的，這種組織可由 TiAl 基合金從高于共析溫度緩慢冷卻到室溫而獲得[22]。雙態(tài)顯微組織是由等軸狀的γ晶和(α2/γ)層片晶團(tuán)組成，當(dāng)熱處理的溫度在(α2+γ)兩相區(qū)內(nèi)時(shí)，且兩種相體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)時(shí)?

高溫下表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度，而增加鋁含量，合金的耐蝕性隨之增強(qiáng)。圖 1.3 鈦-鋁二元相圖1.3 TiAl 基合金的制備工藝為了制備出符合各種性能要求的鈦材料，需要采用常規(guī)的成形加工方法，將原材料或半成品材料制備成最終成品。鈦材料生產(chǎn)成本非常高，所以研制最佳加工路線，最大程度降低生產(chǎn)成本成了人們的必然選擇。近凈成形加工工藝能很大程度的減小加工成本，增加材料利用率，具有近凈成形能力的常規(guī)制備 TiAl 基合金的方法主要有鑄造(Casting)、鑄錠冶金(Ingot Metallurgy/IM)和粉末冶金(Powder Metallurgy/PM)技術(shù)。圖 1.4 為三種 TiAl 基合金制備工藝路線。1.3.1 鑄造(Casting)最典型的近凈成形工藝技術(shù)就是鑄造。從原始坯料到成品零件這一制備過程中會產(chǎn)生許多廢屑，對價(jià)格昂貴的鈦合金，鑄造技術(shù)不僅能節(jié)約材料，降低成本，而且還能減少其它的后續(xù)加工過程。相對于其他制備復(fù)雜且成本很高的工藝方法，鑄造技術(shù)常能低價(jià)制備出形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。傳統(tǒng)鑄造鈦合金已經(jīng)是一門比較成熟的工藝，鑄造γ-TiAl 基合金已經(jīng)用于代替航空用鈦合金和鎳基高溫合金。常用的鑄造過程有熔模鑄造和金屬膜鑄造，熔模鑄造主要用于形狀復(fù)雜 TiAl 基合金的制備，航空和民用工業(yè)的高性能零件、發(fā)動機(jī)上靜止零件、壓
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本文編號：2874079