γ-TiAl基合金的脉冲电流辅助烧结及组织性能研究

摘要

γ-TiAl基合金由于其低密度、高弹性模量、优异的高温强度和抗氧化性能，成为极具潜力的高温结构材料，但是其室温脆性差和难加工性成为实际应用的最大障碍。由于γ-TiAl合金的强度和塑性强烈依赖于微观组织的尺寸和形貌，传统上常采用不同方法细化组织以改善加工性能，但这些方法多工艺复杂、成本高昂，不利于工程应用。本文采用工艺简单、短时、节能的脉冲电流辅助烧结技术，制备出致密、均匀、具有不同微观组织的γ-TiAl基合金，并通过控制微观组织的方法改善了室温脆性、实现了低温超塑性。
　　在制备过程中，研究了升温速度、烧结温度、烧结时间等工艺参数对制备的合金微观组织的影响。通过升温速度2~9℃?s，烧结温度1200～13001?℃，烧结时间5～15min的范围内试验，确定1250℃的烧结温度和5min的烧结时间较利于获得致密、均匀、细小的微观组织。
　　以4.5、3.8、3、2.5、2℃?s速度升温至1250℃烧结5min工艺条件下1?分别得到了等轴细晶近γ组织、细晶双态组织、近片层组织、细全片层组织、粗全片层组织。研究发现，这些组织中的晶粒尺寸、片层团体积分数、片层间距对室温力学性能产生很大影响。其中双态组织室温综合力学性能较好，室温延伸率达到4.51％，室温脆性得到改善。
　　针对等轴细晶γ-TiAl基合金不同温度拉伸性能对比发现，制备的γ-TiAl基合金存在强度的反常温度效应，具体表现为20℃~600℃，试件强度体现正温度系数。研究表明这种反常温度效应是由于随着测试温度的升高，大量缺陷产生，构成了有效滑移的障碍，大大提高了临界分切应力的缘故。
　　通过不同组织高温拉伸性能测试，结果表明等轴细晶组织具有更加优异的高温拉伸性能，在950℃~1000℃，应变速率为1.040×10-4s-1~2.083×10-4s-1时获得的延伸率超过240%，最大延伸率达到437%，实现了低温超塑性。在超塑性变形过程中，晶粒动态长大；变形后组织内出现γ/α2云团状组织或拉伸轴方向的单向条带；大晶粒α2相附近发现孔洞，并且随着拉伸测试温度的升高，孔洞数量减少，尺寸变小；高温拉伸断口基本上为延性断裂，但在云团状组织区为脆性解理断裂。
　　利用等轴细晶近γ组织高温下的超塑性能，在1250℃实现了γ-TiAl合金叶片模拟件的挤压一次性成形，成形件质量良好、性能提高，并且工艺简单，材料利用率高，成本低。

目录

γ-TiAl 基合金的脉冲电流辅助烧结及

MICROSTRUCTURES AND PROPERTIES OFγ-TiAl BASED ALLOYS SYNTHESIZED BYPULSE CURRENT AUXILIARY SINTERING

摘要

Abstract

目 录

Contents

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 γ-TiAl 基合金

1.3 脉冲电流辅助烧结技术

1.4 选题意义及主要研究内容

第2章 材料及试验方法

2.1 粉末与烧结工艺装备

2.2 材料分析方法

第3章 γ-TiAl 基合金的烧结

3.1 引言

3.2 烧结体的微观组织

3.3 烧结体的致密度

3.4 本章小结

第4章 γ-TiAl 基合金的室温力学性能

4.1 引言

4.2 烧结材料的室温性能

4.3 本章小结

第5章 γ-TiAl 基合金强度的反常温度效应

5.1 引言

5.2 γ-TiAl 基合金强度反常温度效应的测试

5.3 γ-TiAl 基合金强度反常温度效应的机理

5.4 本章小结

第6章 γ-TiAl 基合金的高温拉伸及挤压性能

6.1 引言

6.2 不同组织的高温拉伸性能

6.3 γ-TiAl 基合金叶片模拟件的挤压

6.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

(一)学术论文

(二)专利

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哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

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