WC和SiC对TiAl二元合金组织和力学性能的影响

摘要

TiAl合金具有很多优异的综合性能，在航空航天有着广泛的应用。随着航空航天发动机向着更快更强的目标发展，TiAl合金作为结构材料的力学性能还需进一步提高。改善和提高TiAl合金性能的有效方法是合金化，或者是通过原位自生的方法生成增强相来提高合金的综合力学性能。
　　本文采用真空电弧熔炼的方法在TiAl二元合金中加入WC和SiC，研究添加不同质量分数的WC和SiC对Ti43Al和Ti47Al二元合金的影响，通过OM、SEM、EPMA、XRD等方法观察和测试显微组织结构，并对其室温压缩性能进行了测试，研究在不同WC和SiC添加量下合金力学性能的变化规律，分析讨论WC和SiC对TiAl二元合金的作用机理和强化机制。
　　实验结果表明，在Ti43Al中加入WC后，Ti43Al合金的显微组织得到细化，室温压缩强度和压缩率都得到一定的提升。当WC添加量为4.5wt%时，合金显微组织一次枝晶臂间距达到最小为70.65μm，压缩强度为1235.11MPa，与Ti43Al基体合金相比提高了46.62%。当WC添加量达到6.0wt%和7.5wt%时，基体片层组织中出现细长针状增强相，XRD分析表明增强相是Ti2AlC，且其室温压缩性能和压缩率逐渐下降。WC对Ti47Al的组织和性能也有一定影响，随着WC加入量的不断增加，基体片层中出现棒状增强相，且其数量逐渐增多，分布均匀，XRD分析表明基体中生成了Ti2AlC增强相，α2相的最强衍射峰向左偏移，Ti47Al-xWC合金的显微组织明显细化，由最初的柱状枝晶转变成四重对称等轴晶组织，晶粒尺寸由原始的141.86μm减小到60.02μm，室温压缩强度和压缩率都逐渐提升。当WC添加量为6.0wt%时，晶粒尺寸达到最小为60.02μm，室温压缩强度达到最大为2323.99MPa，与Ti47Al基体合金相比提高了21.19%。
　　在Ti43Al中加入SiC后，当SiC添加量为0.1、0.3、0.5、0.7wt%时，Ti43Al-xSiC的组织和室温压缩性能变化不明显，但是当SiC的加入量达到0.9wt%时，晶粒尺寸为105.99μm，Ti43Al合金的显微组织由粗大的柱状晶组织变成细小的等轴晶组织。室温压缩强度大幅度提升，压缩强度达到1382.72MPa，与Ti43Al基体合金相比提高了64.14%。SiC对Ti47Al合金的组织和性能有显著的影响，当在Ti47Al中加入SiC后，随着SiC加入量的增多，基体片层中生成了细小棒状的Ti2AlC增强相，晶界处弥散分布大量的富Si析出相。当SiC添加量为0.5wt%时，压缩强度达到最大值为2196.49MPa，与基体合金相比提高了19.94%。

目录

第1章 绪 论

1.1研究背景及目的和意义

1.2增强相的选择

1.3复合材料的国内外研究现状

1.4合金元素在TiAl基体中的作用

1.5金属基复合材料的制备方法

1.6钛铝基复合材料的增强增韧机制

1.7 TiAl基合金及其复合材料的应用

1.8本文的主要研究内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1 研究方案

2.2 试验材料及试验设备

2.3 纽扣锭制备过程

2.4 组织分析

2.5 力学性能测试

第3章 WC对TiAl二元合金组织和力学性能的影响

3.1 引言

3.2 WC对Ti43Al合金组织和力学性能的影响

3.3 WC对Ti47Al组织和性能的影响

3.4 WC对不同的TiAl基体的显微组织影响的对比

3.5本章小结

第4章 SiC对TiAl二元合金组织和性能的影响

4.1 引言

4.2 SiC对Ti43Al合金组织和力学性能的影响

4.3 SiC对Ti47Al组织和性能的影响

4.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢