TiAl基合金显微组织控制及超塑性研究

摘要

TiAl合金作为一种新型的高温结构材料，由于具有低密度、较高的弹性模量及良好的高温强度、抗蠕变和抗氧化能力而被广泛应用于航天、汽车及动力工业。目前被广泛认同的是TiAl基合金的显微组织很大程度上决定其机械性能。例如，粗大的全层状组织(FL)具有良好的断裂韧性，但是其拉伸延性较差。然而，细晶双态组织(DP)拉伸延性优良，但断裂韧性较差。 由于细晶全层状组织(FFL)具有优良的综合性能，在过去近十年的研究中广泛采用了诸如热机械处理等方法来获得细晶的全层状组织。然而，此类传统的加工工艺都包括在高温甚至在真空条件下的机械处理，因此这类传统的加工工艺将需要难以实现的实验条件和昂贵的生产成本。 前人所研究的铸态TiAl基合金由于遵循α凝固路线而具有粗大的柱状晶组织，与此同时本文报道的是一种通过β凝固而获得的细晶铸态起始组织。实验表明仅通过一步处理就可以将铸态起始组织转变成为包括细晶全层状组织的各类不同显微组织。这一工艺将促进新一代TiAl合金的开发，并有利于精密铸造和精密成型部件生产中的质量控制和成本降低。 在铸态合金Ti-48Al-6Cr-2Nb-0.15B(at％)中由于冷却速率的不同合金的显微组织存在很大的差异。较小的样品在快速冷却的条件下，由于β→γ的直接转变得到了一种γ+β的细晶双相组织。与此同时在较大的样品中、慢速冷却的条件下，由于L+β→α包晶反应的发生形成了一种典型的粗大柱状晶组织。由于起始组织的不同热处理后的显微组织也存在显著的差异。研究表明通过控制凝固条件以及随后的热处理，为控制特定应用场合TiAl合金的显微组织提供了可能。 在800℃到1000℃、应变速率为1×10-4s-1的条件下研究了合金Ti-48Al-8Cr-2Nb-0.15B(at％)的超塑性行为。结果表明该合金即使在铸态条件下仍表现出良好的超塑性。测试中在850℃得到了628％的断后延伸率。实验中获得的优异的超塑性很可能是因为在凝固时形成的含有亚稳β相的细晶组织所造成的。

目录

文摘

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第一章 文献综述

1.1引言

1.2国内外的研究进展

1.2.1合金元素对TiAl合金性能的影响

1.2.2变形机制

1.2.3应用

1.3二元相图中γ-TiAl的形成及基本的固态相变

1.3.1相图与相变

1.3.2凝固过程

1.3.3显微组织

1.3.4典型显微组织的力学性能

1.4获取细晶全层状组织

1.5 TiAl合金的超塑性研究

1.5.1 TiAl合金超塑性的研究的现状

1.5.2 TiAl合金超塑性变形中的氧化

1.5.3改进 TiAl合金超塑性的可能途径

1.6本论文的研究目的及意义

1.6.1制备细晶铸态组织的新工艺

1.6.2意义

参考文献

第二章细晶TiAl基合金的制备

2.1引言

2.2实验

2.3结果

2.3.1铸态起始组织

2.3.2热处理后组织

2.4讨论

2.5结论

参考文献

第三章 冷却速率对TiAl合金凝固行为的影响

3.1引言

3.2实验

3.3结果

3.3.1起始组织

3.3.2热处理后的显微组织

3.4讨论

3.5结论

参考文献

第四章 铸态高Cr-TiAl合金的超塑性行为

4.1引言

4.1.1超塑性的研究

4.1.2超塑性成型的方法及特点

4.1.3 TiAl合金超塑性的研究

4.2实验

4.3结果

4.4讨论

4.5结论

参考文献

第五章 结 论

致 谢

硕士期间发表论文