粉末冶金制备TiAl基合金及其高温变形研究

摘要

新型β凝固TiAl基合金具有高比强度、高比刚度、优良的抗氧化性和优良的热变形能力，是一种应用前景广阔的新型高温结构材料。本文设计并制备了Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.3B(at.％)合金，研究了不同球磨工艺和烧结工艺参数下TiAl基合金的微观组织结构，探索了热处理对β相特征及行为的影响，并研究了该TiAl合金的高温变形行为。
　　对合金粉体的球磨工艺研究表明，添加少量硬脂酸球磨助剂，可提高粉末出粉率;球磨时间对引入的杂质量有重要影响。球磨8h，添加1.2-1.5％的硬脂酸球磨剂后，可获得杂质量少、均匀细小的合金粉末。烧结工艺研究表明，烧结压力为20 MPa时，合金组织基本致密;烧结温度对TiAl合金组织起着控制性的作用，在（α+β）两相区的上段温度1350℃烧结时，获得典型近层片组织;在中间段温度1300℃烧结时，获得双态组织;在下段区1250℃烧结时，则易获得近γ组织。
　　TiAl合金热处理研究表明，对电磁搅拌制粉+1350℃/3h/20 MPa获得的TiAl合金，经热处理能显著改善材料的组织均匀性，使B2/γ块状组织逐渐转变成α2/γ层片组织。温度是热处理组织均匀化的主控因素，1100～1160℃/24 h长时热处理，B2相可部分消除，使B2相硬度与弹性模量减小;1400℃/2h/AC+850℃/6 h/AC，B2相可完全消除，组织粗化不严重。
　　TiAl合金在1050-1150℃、0.1-0.002 s-1条件下的热压缩试验表明，TiAl合金是温度、应变速率敏感性材料，材料的流变应力随变形温度的升高而降低，随应变速率的增大而降低。利用双曲正弦函数方程拟合了热压缩变形的本构方程，其变形激活能Q=410.376 k J/mol，应力指数n=3.13。高温变形机制是以α2/γ层片晶团扭折、弯曲、破碎和动态再结晶为丰，B2相发生流变、细小γ相动态再结晶协调为辅的变形过程，块状B2相和细小γ相的存在，有利于协调合金α2/γ层片变形。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 TiAl合金概述

1．1．1 TiAl合金的组成相

1．1．2 TiAl合金的本征脆性

1．1．3 合金元素与分类

1．1．4 TiAl合金的组织与性能

1．2 TiAl合金的制备

1．2．1 铸造

1．2．2 铸锭冶金

1．2．3 粉末冶金

1．3 TiAl合金的高温变形

1．3．1 超塑性

1．3．2 热压缩变形

1．4 论文的选题意义和研究内容

1．4．1 选题意义

1．4．2 研究内容

2 试验材料与试验方法

2．1 试验材料

2．2 技术路线

2．3 试验设备

2．4 微观组织的分析

2．4．1 分析试样的制备

2．4．2 物相分析

2．4．3 金相显微分析

2．4．4 电子显微分析

3 TiAl合金制备及微观组织

3．1 高能球磨制备合金粉末

3．1．1 球磨助剂对球磨后粉末的影响

3．1．2 球磨时间对球磨后粉末的影响

3．2 烧结工艺参数对TiAl合金组织的影响

3．2．1 烧结压力对合金致密度的影响

3．2．2 烧结温度对组织影响

3．2．3 制粉工艺对组织的影响

3．3 本章小结

4 热处理过程中β相特征及形为

4．1 显微组织及物相组成

4．2 热处理前后显微组织与物相变化

4．3 热处理对B2相纳米硬度及弹性模量影响

4．4 本章小结

5 TiAl合金的高温变形行为研究

5．1 TiAl合金的原始组织

5．2 变形真应力-真应变曲线

5．3 本构方程

5．3．1 本构方程的推导

5．3．2 本构方程的建立

5．4 热压缩变形过程组织演变

5．4．1 热压缩过程中相的变化

5．4．2 变形温度对组织的影响

5．4．3 变形速率对组织的影响

5．5 变形机制分析

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢