冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变行为

发布时间：2021-06-19 22:38

　　TiAl基合金具有密度低、比强度高、抗氧化和抗蠕变性优异等特点,是一种性能优异的航空发动机轻质叶片材料。高Nb-TiAl合金在保证合金室温性能的同时,可大幅提升合金的高温蠕变性能,但关于温度及外加应力对高Nb-TiAl合金蠕变性能的影响目前还缺乏系统性研究。冷坩埚定向凝固技术可制备大尺寸无污染定向凝固TiAl合金坯锭,其设计目的之一是提高TiAl合金高温蠕变性能,但目前缺乏此方面研究。本文将传统铸造与电磁冷坩埚定向凝固相结合,系统地研究了高Nb-TiAl合金的蠕变行为,揭示了TiAl合金蠕变脆-韧转变机理,提出了提升高Nb-TiAl合金蠕变性能的方法;基于蠕变研究结果,借助冷坩埚定向凝固技术制备成分梯度TiAl合金,对合金成分进行优化,获得了一种室温力学性能与高温蠕变性能优异的Ti-47Al-6Nb-0.1C合金;并进行最终定向凝固,确定了定向组织与室温力学性能和高温蠕变性能之间关系。对铸态高Nb-TiAl合金蠕变行为研究表明,合金在蠕变时存在脆-韧转变温度区间,在该温度区间表现为蠕变应变成倍增加,蠕变寿命大幅降低。这是由于高于脆-韧转变温度时,α₂片层主要位错滑... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 TiAl基合金的研究现状
        1.2.1 TiAl基合金的发展过程
        1.2.2 TiAl基合金的组织及室温性能
        1.2.3 TiAl基合金的合金化
    1.3 TiAl基合金蠕变行为的研究进展
        1.3.1 TiAl基合金的蠕变机制
        1.3.2 高Nb-TiAl基合金蠕变行为的研究进展
    1.4 TiAl基合金定向凝固的研究进展
        1.4.1 定向凝固TiAl基合金的制备方法
        1.4.2 定向凝固TiAl基合金的片层取向
    1.5 本文研究内容
第2章 实验材料及研究方法
    2.1 实验材料与设备
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验装置与设备
        2.1.3 实验研究方案及路线
    2.2 实验研究方法
        2.2.1 组织分析方法
        2.2.2 力学性能测试
第3章 铸态及冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变行为研究
    3.1 引言
    3.2 高Nb-TiAl合金的初始组织
    3.3 高Nb-TiAl合金蠕变脆-韧转变行为研究
        3.3.1 高Nb-TiAl合金的高温拉伸脆-韧转变特征
        3.3.2 高Nb-TiAl合金的蠕变脆-韧转变特征
        3.3.3 高Nb-TiAl合金的蠕变脆-韧转变机理
        3.3.4 基于蠕变脆-韧转变的蠕变测试
    3.4 铸态及冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金的蠕变性能
        3.4.1 铸态高Nb-TiAl合金的蠕变性能
        3.4.2 冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金的蠕变性能
    3.5 铸态及冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变组织变形
        3.5.1 铸态高Nb-TiAl合金蠕变组织变形
        3.5.2 冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变组织变形
    3.6 铸态及冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变断裂行为
        3.6.1 铸态高Nb-TiAl合金蠕变断裂行为
        3.6.2 冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金的蠕变断裂行为
    3.7 高Nb-TiAl合金蠕变失效机制及蠕变性能提高方法
        3.7.1 高Nb-TiAl合金蠕变过程中裂纹和空洞的形核与长大方式
        3.7.2 高Nb-TiAl合金蠕变性能的提高方法
    3.8 本章小结
第4章 高Nb-TiAl合金成分优化与蠕变行为
    4.1 引言
    4.2 成分梯度TiAl合金的制备方法与工艺研究
    4.3 Al对TiAl合金室温力学性能与高温蠕变性能的影响
        4.3.1 Al梯度Ti-48Al/Ti-44Al合金的制备
        4.3.2 Ti-48Al/Ti-44Al中Al含量与生长高度的关系
        4.3.3 Ti-48Al/Ti-44Al中Al含量与微观组织的关系
        4.3.4 Ti-48Al/Ti-44Al中Al含量与室温力学性能和高温蠕变性能的关系
    4.4 Nb对TiAl合金室温力学性能与高温蠕变性能的影响
        4.4.1 Nb梯度Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al合金的制备
        4.4.2 Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al中Nb含量与生长高度的关系
        4.4.3 Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al中Nb含量与微观组织的关系
        4.4.4 Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al中Nb含量与室温拉伸性能和高温蠕变性能的关系
    4.5 C对TiAl合金室温力学性能与高温蠕变性能的影响
        4.5.1 C对TiAl合金微观组织的影响
        4.5.2 C对TiAl合金室温力学性能与高温蠕变性能的影响
    4.6 本章小结
第5章 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金组织与蠕变行为
    5.1 引言
    5.2 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的凝固组织
        5.2.1 电源功率对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金组织的影响
        5.2.2 抽拉速率对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金组织的影响
    5.3 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的室温力学性能
        5.3.1 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的室温拉伸性能
        5.3.2 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的断裂韧性
    5.4 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的高温蠕变性能
        5.4.1 Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的蠕变脆-韧转变
        5.4.2 抽拉速率对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金蠕变性能影响
        5.4.3 电源功率对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金蠕变性能影响
        5.4.4 温度及应力对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金蠕变性能影响
        5.4.5 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的蠕变失效机理
    5.5 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的工艺选择
    5.6 本章小结
结论
论文主要创新点
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
附件


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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[3]高铌TiAl合金疲劳—蠕变交互作用研究[D]. 余龙.北京科技大学 2016
[4]高Nb-TiAl合金中有序ω相相变规律的研究[D]. 宋霖.北京科技大学 2015
[5]含钇的TiAl基合金显微组织及性能的研究[D]. 李宝辉.哈尔滨工业大学 2007



本文编号：3238672