TAN-2合金的组织与性能优化和环境适应性研究

发布时间：2020-08-04 19:27

【摘要】：本文研究了固溶温度、固溶后冷却速率和时效温度对变形Ti2AlNb基合金显微组织和力学性能的影响,并在此基础上研究了其环境适应性。选用的材料为TAN-2合金,名义成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(at.%),是一种新型的Ti2AlNb金属间化合物。主要研究内容如下:为确定TAN-2合金中不同相对力学性能的影响,在不同相区对TAN-2合金进行固溶处理,研究了固溶温度对TAN-2合金显微组织和力学性能的影响。发现经α2+B2两相区和α2+O+B2三相区固溶得到的B2相,在室温时具有良好的塑性,固溶时析出的O相,降低了 B2相的有序度,提升了 B2相的塑性,使合金在室温时的塑性更优;对于在α2+B2两相区固溶的样品在650℃拉伸时,B2相发生分解,析出细小的O相板条,使强度大幅升高,塑性严重降低;在α2+O+B2三相区固溶的样品,因固溶时O相的析出能够延缓在高温拉伸过程中B2相的分解,因此塑性在650℃时未出现明显的降低。对样品进行相同时效处理后,发现室温和650℃的屈服强度均随固溶温度的升高而增加。为优化TAN-2合金的力学性能,对固溶后的TAN-2合金采用炉冷、空冷、油淬和水淬四种的不同的速率进行冷却,研究了固溶后冷却速率对TAN-2合金显微组织和力学性能的影响。发现四种冷速中只有炉冷的组织中有粗大的O相析出。对样品进行相同时效处理后,发现炉冷的组织变化不大,但空冷、油淬和水淬后的组织在时效时会有大量细小的O相板条析出。经透射电镜获得的衍射斑分析发现,炉冷得到无序的β相,油淬得到有序的B2相。样品在室温和650℃拉伸测试表明:冷速由炉冷增加到空冷时,室温和高温强度均大幅升高,延伸率降低,而冷速进一步增加时,室温和高温强度略微增加,延伸率变化不明显。为确定TAN-2合金的最优时效制度,研究了不同时效温度对TAN-2合金显微组织和力学性能的影响。通过对显微组织的研究发现随时效温度的升高,O相板条的尺寸增大,体积分数略微增加,针状α2相变细,而O/α2相和边缘O相逐渐变宽。对室温和650℃拉伸性能的测试表明,时效温度的升高导致室温和高温强度降低,延伸率升高。为解释Ti2AlNb基合金在650℃附近出现塑性明显降低的现象,对TAN-2合金中三种显微组织样品在室温、300℃、500℃和650℃进行拉伸性能测试,发现样品为O+BCC两相显微组织(即网篮组织)时,样品的延伸率在500℃时出现最大值,测试温度升高650℃时延伸率反而降低,样品为α2+O+BCC三相显微组织时,延伸率随测试温度的升高而增加,没有在650℃附近出现塑性的明显降低。样品为α2+B2两相显微组织时,在室温到500℃范围内,样品的延伸率随测试温度的升高而增加,但测试温度升高到650℃时,延伸率反而急剧降低。对以上研究结果进行分析,发现显微组织决定了 TAN-2合金是否在650℃出现塑性的明显降低。为评价TAN-2合金在高温服役条件下的环境适应性,在大气环境下对TAN-2合金进行650～750℃范围内的长时间热暴露处理,研究TAN-2合金在上述条件下的抗氧化性能和对室温力学性能的损害程度,发现随热暴露温度的升高,平均氧化速度增加;热暴露温度相同时,刚开始时的氧化速度最高,在650℃和700℃热暴露50h以后,平均氧化速度基本恒定,但在750℃热暴露100h后,平均氧化速度出现加速的现象,该现象是由于样品表面氧化层中各氧化物所占的比例发生变化引起的:试样长时间热暴露后,室温强度变化不大,但会显著降低其塑性。降低塑性的主要原因是热暴露时表面形成的脆性层,次要原因为显微组织的变化。上述研究发现在650℃热暴露100h后,TAN-2合金的室温强度基本不变,延伸率仍然保持在3%以上,表现出良好的环境适应性。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23
【图文】：

逦第一章绪论逦逡逑研究了在Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金表面离子镀ＮｉＣｒＡｌＹ涂层和在两者之间离子镀一薄层逡逑Ａ１－Ａ１２０３扩散障后的高温抗氧化性能，指出在ＮｉＣｒＡｌＹ涂层和Ｔｉ２ＡｌＮｂ之间添加逡逑Ａ１－Ａ１２０３扩散障可以显著延迟相互扩散并有效提高了其抗氧化性。中国科学院金逡逑属研究所的徐磊等［３９４１］研宄了邋Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金粉末制备、热等静压的工艺参数、逡逑组织与性能的调控以及高温变形机制等方面进行了一系列研宄，有力的促进了粉逡逑末Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金的工程化应用。逡逑

基合金的塑性Ｈ９］，ａ２相为有序的密排六方结构，成分为Ｔｉ３Ａｌ或（Ｔｉ，Ｎｂ）３Ａｌ，主逡逑要作用是提高Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金的刚度和抑制原始Ｐ晶粒的长大％，５＇各相的晶格逡逑结构如图１．２所示。逡逑屸藤a傚义希蝈澹粒戾澹哄蝸桑�逡逑｛０００１》邋｛００１｝逡逑图１．２Ｔｉ２Ａ丨Ｎｂ中各相的晶体结构图；⑷Ｂ２／ｐ相，（ｂ）ａ２相，（ｃ）Ｏ相１５１１逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｌａｔｔｉｃｅ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋（ａ）邋ｃｕｂｉｃ邋Ｂ２／ｐ邋ｐｈａｓｅ，邋（ｂ）邋ａｊ邋ｐｈａｓｅ，邋ａｎｄ邋（ｃ）邋Ｏ邋ｐｈａｓｅ１５＇１．逡逑由Ｔｉ，ＡＬ邋Ｎｂ三种元素在亚晶格中的占位情况，能够将０相、Ｂ２／ｐ相及ａ２逡逑相中的晶格分为三个亚晶格：ａ（８ｇ）、Ｐ（４ｃ２）、Ｙ（４ｃｌ），其括号中为多重Ｗｙｃｋｏｆｆ逡逑符号（Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃｉｔｙ邋Ｗｙｃｋｏｆｆ邋ｎｏｔａｔｉｏｎ），在所有亚晶格中ａ亚晶格占５０％，Ｐ亚晶格逡逑５逡�

本文编号：2780987