Al-Ti-C中间合金TiC尺度分布及其界面富Ti过渡区形成机制的研究

摘要

本文利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)及场发射扫面电子显微镜(FESEM)等测试手段对Al-Ti-C中间合金中TiC粒子尺寸分布的影响因素及其界面富Ti过渡区的形成机制进行了研究。
　　 本文的主要研究工作如下：
　　 (1)Al-Ti-C中间合金制备过程中，随熔炼温度升高和保温时间延长，TiC粒子的尺寸有增大的趋势。分析后认为，小尺寸的TiC粒子在高温下发生溶解，使熔体中C浓度逐渐提高。在降温过程中，过饱和的C原子会与Ti原子结合，在已生成的TiC粒子表面析出，使TiC粒子进一步长大。
　　 另外，随温度的降低，原子扩散能力的减弱，部分溶解的C原子和Ti原子难以有效扩散至附近的TiC粒子表面之上，两者会重新结合以亚微米级TiC粒子的形式析出。因此，高温熔炼条件下冷却得到的Al-Ti-C中间合金中含有一定量亚微米级TiC。如在1700℃条件下，TiC粒子尺度的两极分化现象突出。
　　 (2)1300℃和1700~C下制备的Al-Ti-C中间合金都能提高ZL203的抗拉性能。但是两者对ZL203合金的强化效果存在较大差异。加入1300℃下制备的Al-Ti-C中间合金后，ZL203的抗拉强度得到明显提高，当加入量为1.0％时，抗拉性能可达到245MPa。相比而言，1700℃下得到的Al-Ti-C中间合金对ZL203的影响更加明显，当加入量为0.4％时，就可以使抗拉强度达到255MPa以上。这表明，1700℃温度下制备的中间合金中有效TiC粒子的数目更多，且粒子尺度的两极分化，尺度较大粒子促进异质形核，亚微米粒子则发挥弥散强化效果，从而对ZL203合金发挥更好的强化效果。
　　 (3)从热力学角度研究了TiCx粒子与熔体中Ti的平衡关系，并分析了TiCx中C含量与界面Ti浓度之间的联系，从而计算得到了不同TiCx粒子界面处Ti的浓度分布。结果表明，在平衡状态下，当TiCx中C含量较低时，Ti平衡的驱动力会使Ti原子在TiCx表面富集，形成富Ti过渡区。且随TiCx中C含量的降低，TiCx表面的Ti浓度会升高，在局部形成一个高Ti浓度区。在快速凝固条件下，该区域的Ti原子来不及向周围扩散，就会在基体中以Ti3Al的形式析出。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 铝及其合金的晶粒细化

1.2 铝合金用细化剂的发展过程和现状

1.3 中间合金的细化机理

1.3.1 包晶反应理论[24]

1.3.2 碳化物-硼化物粒子理论[26]

1.3.3 晶体分离理论

1.3.4 复相形核理论

1.3.5 界面过渡区理论

1.4 Tic粒子的制备工艺

1.5 提高Al-Cu系合金综合性能的途径

1.5.1 Al-Cu合金的时效过程

1.5.2 Al-Cu系合金的细化和变质处理

1.6 本文选题意义与主要研究内容

参考文献

第二章 试验方法与数据处理

2.1 研究的技术路线

2.2 试验用原材料

2.3 快速凝固合金薄带的制备

2.4 不同熔炼条件下Al-5Ti-0.5C合金的制备

2.5 Al-Cu合金的细化与性能试验

2.6 X射线衍射分析(XRD)

2.7 材料组织结构的分析

第三章 铝熔体反应法合成TiC粒子的粒度变化

3.1 引言

3.2 合成条件对TiC粒子粒度的影响

3.2.1 不同制备温度对TiC粒子尺寸分布的影响

3.2.2 保温时间对TiC粒子尺寸分布的影响

3.4 TiC粒子尺寸分布规律的分析

3.5 本章小结

参考文献

第四章 Al-Ti-C中间合金对ZL203的强化效果

4.1 引言

4.2 不同Al-Ti-C中间合金对ZL203的强化效果

4.2.1 1300℃制备的Al-Ti-C对ZL203的强化效果

4.2.2 1700℃制备的Al-Ti-C对ZL203的强化效果

4.3 两种中间合金抗拉强度的对比及分析

4.4 本章小结

参考文献

第五章 TiCX富Ti过渡区形成机理的研究

5.1 引言

5.2 形成富Ti过渡区的热力学计算

5.2.1 TiCX与铝熔体之间的反应

5.2.2 铝熔体中Ti浓度与TiCX中Ti元素的平衡

5.3 熔体中富Ti区形成的试验验证

5.4 Ti3Al及富Ti过渡区形成原因分析

5.5 本章小结

参考文献

第六章 结论

致谢

附录

学位论文评阅及答辩情况表