热处理对放电等离子烧结Ti-46.5Al-2.15Cr-1.9Nb合金显微组织及性能的影响

发布时间：2020-04-14 17:10

【摘要】：TiAl基合金具有高熔点、高比强度和良好的耐腐蚀性等优势,但由于凝固过程复杂和难成形的特点导致其应用受到了限制。本文采用气雾化制粉结合放电等离子烧结方法制备Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb合金并对其进行热处理,主要研究了不同热处理参数对合金组织及室温性能的影响,得到了四种典型的TiAl合金组织,并对室温性能较佳的合金进行了热变形实验和高温氧化实验,对比了典型组织的热变形和抗氧化能力。本课题在一定的烧结工艺下,采用放电等离子烧结的方式制备了Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb合金块体材料,其室温组织为近γ组织且含有较多的α_2相,约为40.9%;室温压缩最大真应力1822.84MPa,塑性变形量为30.27%。采用单温和双温热处理对烧结态的块体合金进行处理并对其进行组织和室温性能分析,得到了四种典型的TiAl合金显微组织,即近γ组织、双态组织、近片层组织以及全片层组织。经1250℃/30min/FC(FC表示空冷)单温热处理得到了细小且均匀的双态组织,其室温压缩最大真应力和塑性变形量分别达到1873.28MPa和33.53%。与烧结态近γ组织相比,室温压缩最大真应力和塑形变量均有所提高。经1290℃/15min/FC单温热处理后得到了近片层组织,其室温压缩最大真应力和塑性变形量分别达到1644.95MPa和23.58%;经1310℃/15min/FC+1230℃/30min/FC双温热处理后得到了全片层组织,其室温压缩最大真应力和塑性变形量分别达到1465.61MPa和20.75%。将上述四种典型的Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb合金组织的样品进行热压缩实验,当变形速率为0.01/s时,变形温度分别为1100℃和1200℃,升温速率10℃/s,得到真应力-应变曲线,结合SEM和EBSD对四组热变形样品进行组织演变分析,对比其热变形能力。结果表明变形温度以及合金显微组织形态对其热变形能力有很大的影响。当变形速率为0.01/s时,动态再结晶在1100℃时不够充分,变形后的合金组织不均匀,当变形温度提高至1200℃时,可以得到均匀的等轴双相组织且成形性能更好。同时,近γ组织和双态组织的热变形能力明显优于近片层组织和全片层组织。将上述四种典型的Ti-46.5Al-2.15Cr-1.90Nb合金组织的样品,以15℃/min的速度从室温分别升至750℃和800℃保温10h,空冷至室温,称重,循环10次,建立氧化动力学曲线,并结合SEM分析合金表面形貌以及氧化剖面的特点,对比TiAl合金四种典型组织的高温抗氧化能力。研究发现合金在750℃的氧化增重要明显低于在在800℃时的氧化增重。同时,当循环氧化温度为800℃时,近γ组织和双态组织的氧化增重要明显高于近片层组织和全片层组织,增重量最大的近γ组织的氧化增重约为1.26mg.cm~(-2),增重量最小的全片层组织的氧化增重约为0.77mg.cm~(-2),后者约为前者的60%,表明全片层组织的抗氧化能力较好。
【图文】：

详情见表 1-2。表 1-2 TiAl 基合金的研究历程[12]Generation Composition1st Ti-48-1V-0.3C2nd Ti-47Al-2(Cr,Mn)-NbTi-(45-47)Al-2Nb-2Mn-0.8TiB23rd Ti-47Al-2W-0.5SiTi-47Al-5(Cr,Nb,Ta)4th Alloy K5 (Ti-46.2Al-2Cr-3Nb-0.2W)Ti-(45-47)Al-(1-2)Cr-(1-5)Nb-(0-2)(W,Ta,Hf,Mo,Zr)-(0-0.02)B-(0.03-0.3)C-(0.03-0.2)Si-(0.15-0.25)O-X1.2.2 TiAl 基合金制备工艺

目前主要工艺有凝壳感应熔炼法、采用传统的铸造工艺来制备 TiAl 基微组织会出现较多的铸造缺陷且组要后续处理细化晶粒，改善组织，粉末冶金是一种节能、省料、高效冶金方法通常采用气雾化或者水雾或者放电等离子烧结等方式固结粉再进行热加工，，最后通过热处理和乎不需要机加工切削金属材料，可成本。例如，通过粉末压制得到的制处理得到板材。然而，粉末冶金在：某些特种粉末成形模具成本较的零件；同时，零件制备时的污染元素的混入或者固结过程中引入的范围受到限制[15]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23

【参考文献】

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本文编号：2627517