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

发布时间：2020-04-14 11:29

【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℃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TiC、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TiC、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。
【图文】：

第一章绪论证明这种理论。图1.2为Mohanty等发现的TIB:颗粒周围的TIAI:薄层。图1.2铝基体中0.05%Ti含量卜TIBZ颗粒表面的TIA13薄层 Fig.1.2TIA13layeronTIBZinPurealuminiummatrixinthePreseneeofsolute0.05%Ti.3.5界面过渡区理论山东大学的于丽娜1341等研究了TIC粒子界面处的反应，发现在TIC粒子周围也存在Ti原子的聚集。a一AI晶粒中心处的富Ti过渡区的形成有两种可能:一种是Ti原子在熔体中均匀分布，只有在凝固过程中才‘向TIC颗粒周围聚集，转化为固态下的富Ti过渡区;另一种是在熔体状态时Ti就已经在TIC颗粒周围聚集，凝固后形成富Ti过渡区。为了确切证明这两种假设那种是正确的，她将Al一Ti一C中间合金细化后的工业纯铝经快速凝固后进行TEM分析，证明了固态下的富Ti过渡区的形成主要是由熔体中的富Ti过渡区直接演化而来的。图1.3为于丽娜等人做的快速凝固薄带的TEM分析。不同于MohantyI22]等人提出的TIB:颗粒表面形成的是TIAI:薄层的理论，富Ti过渡区理论认为TIB:和TIC颗粒周围形成的不是TIA13薄层

晶粒尺寸一都比较细小，皆在150林m以下，保持了较好的细化效果。然而保温超过60min，，钻粒明显粗化，出现较明显的细化衰退。图1.5为A卜SCu合金中加入10%Al一STi一O.4C中间合金的EPMA面扫描分析，SEI图中正好有两个晶粒，，晶粒核心处都有白亮的颗粒，成方分析表明，其含有Ti和C元素，表明其为TIC颗粒，而晶界处有两种化合物:除了合金中原有的A12Cu以外，还有一种新的Ti一Al一Cu金属间化合物，这两种化合物的形貌和亮度虽然非常相似，但化学成分却绝然不同。这表明Al一Ti一c中间合金不仅对Al一SCu合金的晶粒进行了细化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TG146.2

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本文编号：2627245