TiAl基合金凝固组织及热处理纳米化强韧机制研究
发布时间：2021-06-21 11:26
目前,TiAl基合金作为一种先进高温结构材料已初步应用于航空发动机和汽车耐热部件的制造,但室温脆性、相对较低的强度以及成形性能差等缺点限制了其大规模工业化应用。因此,进一步实现TiAl基合金的强韧化具有重要意义。然而,现有强韧化方法（例如热加工和PST单晶制备）存在成本高和技术成熟度低等问题,难以满足实际生产的需要。研究发现,快冷非平衡凝固TiAl基合金经热处理会获得纳米片层组织,这有利于实现TiAl基合金强韧化,但目前并没有对这一结果进行拓展研究。同时,鉴于铸造与热处理工艺的低成本和易实施性,本文提出了一种TiAl基合金非平衡凝固与热处理相结合的强韧化方法,并对其所涉及的组织演变规律和热处理纳米强韧化机制进行了基础研究。本文针对TiAl基合金非平衡凝固结合热处理强韧化方法中两种具有代表性的情况（快速凝固/常规非平衡凝固+热处理）进行了研究。首先,采用电磁冷坩埚分别对包晶凝固Ti-48Al-2Cr-2Nb和β凝固Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金进行了熔体淬火和连续铸造,然后对所制备试样进行了热处理实验。主要研究了快淬和冷坩埚连铸TiAl基合金凝固组织、凝固组织在热处理过程中的...
【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】：187 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
高温结构材料的比强度和比模量在不同温度下的对比
哈尔滨工业大学工学博士学位论文研究，发现这些 TiAl 基合金非平衡凝固组织经适当热处理后会转变组织结构，例如亚稳相逐渐转变为稳定相，组织会变得更加均匀和特定的条件下能够形成纳米片层结构[35,36]，如图 1-2 所示。然而，他步对这些细小组织和纳米片层结构的力学性能和变形机制进行深入有强化理论可以推断这种非常均匀细小的组织或者是纳米片层结构的综合力学性能，因此，可以提出一种新的 TiAl 基合金强韧化方法，非平衡凝固结合热处理强韧化方法来有效实现 TiAl 基合金强韧化。(a) (b) (c)
图 1-3 TiAl 基合金三种常见室温组成相的晶体结构[49]ig. 1-3 Three crystal structures of common room-temperature constituent in TiAl-based all(a) γ-TiAl phase, (b)2-Ti3Al phase, (c) B2 phase(2)2-Ti3Al 相2相具有 D019晶体结构，其晶胞如图 1-3(b)所示，是典型的有序密排六在二元 TiAl 基合金中，2相的 Al 含量在 22 at.%到 39 at.%范围内变化， 1120 °C 时发生无序化转变。与2相塑性变形相关的位错滑移主要发生在其晶体结构的棱柱面、基面三种晶面上，这点与具有无序密排六方结构的 -Ti 相类似。2相的塑性由两种类型超位错的滑移完成，分别包括伯氏矢量为1 3 1120 的<a>伯氏矢量为1 3 1126 的<2c+a>型位错。2相中的潜在滑移系主要包种：1 3 1120 *1010+棱柱面滑移，1 3 1120 (0001)基面滑1216 *1211+第二阶锥面(或称 π2晶面)滑移和1 3 1216 *2201面(或称 π1晶面)滑移[7]。对2相单晶研究发现[50-52]，位错在棱柱面上滑被激活，其次是基面，而在锥面上滑移最难被激活；位错在上述三种晶
【参考文献】：
期刊论文
[1]超细晶双峰铜材料的制备及力学性能研究[J]. 祝晓燕,赵光艺,刘英光,崔月瑶,薛占璞. 热加工工艺. 2017(06)
[2]Nb含量对铸造高铝TiAl合金高温强度和室温塑性的影响[J]. 李海昭,张熹雯,朱春雷,李胜,张继. 稀有金属材料与工程. 2016(07)
[3]Role of boron in TiAl alloy development: a review[J]. Dawei Hu. Rare Metals. 2016(01)
[4]钛铝金属间化合物的进展与挑战[J]. 杨锐. 金属学报. 2015(02)
[5]梯度纳米结构材料[J]. 卢柯. 金属学报. 2015(01)
[6]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[7]电沉积纳米晶镍的结构及力学性能[J]. 张保森,巴志新,王章忠. 金属热处理. 2013(11)
[8]纳米孪晶金属材料[J]. 卢磊,卢柯. 金属学报. 2010(11)
[9]形变孪晶的消失与退火孪晶的形成机制[J]. 杨钢,孙利军,张丽娜,王立民,王昌. 钢铁研究学报. 2009(02)
[10]高铌TiAl高温合金的研究现状与展望[J]. 张伟,刘咏,黄劲松,刘彬,贺跃辉. 稀有金属快报. 2007(08)
博士论文
[1]冷坩埚定向凝固Ti-47Al-2Nb-2Cr-（Er,C,Mn）合金显微组织及力学行为研究[D]. 王强.哈尔滨工业大学 2018
[2]定向凝固TiAl基合金初始糊状区演变及微观组织控制[D]. 刘桐.哈尔滨工业大学 2017
[3]TiAl合金热处理过程中亚稳相形成机制研究[D]. 曹守臻.哈尔滨工业大学 2017
[4]TiB2及Ni对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金凝固组织与性能的影响[D]. 韩建超.哈尔滨工业大学 2016
[5]包晶TiAl合金非平衡凝固特征及其组织演化[D]. 柳翊.西北工业大学 2016
[6]冷坩埚定向凝固Ti-（43-48）Al-2Cr-2Nb合金组织与力学性能[D]. 王永喆.哈尔滨工业大学 2015
[7]液态金属芯片散热方法的研究[D]. 马坤全.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2008
本文编号：3240591
【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】：187 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
高温结构材料的比强度和比模量在不同温度下的对比
哈尔滨工业大学工学博士学位论文研究，发现这些 TiAl 基合金非平衡凝固组织经适当热处理后会转变组织结构，例如亚稳相逐渐转变为稳定相，组织会变得更加均匀和特定的条件下能够形成纳米片层结构[35,36]，如图 1-2 所示。然而，他步对这些细小组织和纳米片层结构的力学性能和变形机制进行深入有强化理论可以推断这种非常均匀细小的组织或者是纳米片层结构的综合力学性能，因此，可以提出一种新的 TiAl 基合金强韧化方法，非平衡凝固结合热处理强韧化方法来有效实现 TiAl 基合金强韧化。(a) (b) (c)
图 1-3 TiAl 基合金三种常见室温组成相的晶体结构[49]ig. 1-3 Three crystal structures of common room-temperature constituent in TiAl-based all(a) γ-TiAl phase, (b)2-Ti3Al phase, (c) B2 phase(2)2-Ti3Al 相2相具有 D019晶体结构，其晶胞如图 1-3(b)所示，是典型的有序密排六在二元 TiAl 基合金中，2相的 Al 含量在 22 at.%到 39 at.%范围内变化， 1120 °C 时发生无序化转变。与2相塑性变形相关的位错滑移主要发生在其晶体结构的棱柱面、基面三种晶面上，这点与具有无序密排六方结构的 -Ti 相类似。2相的塑性由两种类型超位错的滑移完成，分别包括伯氏矢量为1 3 1120 的<a>伯氏矢量为1 3 1126 的<2c+a>型位错。2相中的潜在滑移系主要包种：1 3 1120 *1010+棱柱面滑移，1 3 1120 (0001)基面滑1216 *1211+第二阶锥面(或称 π2晶面)滑移和1 3 1216 *2201面(或称 π1晶面)滑移[7]。对2相单晶研究发现[50-52]，位错在棱柱面上滑被激活，其次是基面，而在锥面上滑移最难被激活；位错在上述三种晶
【参考文献】：
期刊论文
[1]超细晶双峰铜材料的制备及力学性能研究[J]. 祝晓燕,赵光艺,刘英光,崔月瑶,薛占璞. 热加工工艺. 2017(06)
[2]Nb含量对铸造高铝TiAl合金高温强度和室温塑性的影响[J]. 李海昭,张熹雯,朱春雷,李胜,张继. 稀有金属材料与工程. 2016(07)
[3]Role of boron in TiAl alloy development: a review[J]. Dawei Hu. Rare Metals. 2016(01)
[4]钛铝金属间化合物的进展与挑战[J]. 杨锐. 金属学报. 2015(02)
[5]梯度纳米结构材料[J]. 卢柯. 金属学报. 2015(01)
[6]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[7]电沉积纳米晶镍的结构及力学性能[J]. 张保森,巴志新,王章忠. 金属热处理. 2013(11)
[8]纳米孪晶金属材料[J]. 卢磊,卢柯. 金属学报. 2010(11)
[9]形变孪晶的消失与退火孪晶的形成机制[J]. 杨钢,孙利军,张丽娜,王立民,王昌. 钢铁研究学报. 2009(02)
[10]高铌TiAl高温合金的研究现状与展望[J]. 张伟,刘咏,黄劲松,刘彬,贺跃辉. 稀有金属快报. 2007(08)
博士论文
[1]冷坩埚定向凝固Ti-47Al-2Nb-2Cr-（Er,C,Mn）合金显微组织及力学行为研究[D]. 王强.哈尔滨工业大学 2018
[2]定向凝固TiAl基合金初始糊状区演变及微观组织控制[D]. 刘桐.哈尔滨工业大学 2017
[3]TiAl合金热处理过程中亚稳相形成机制研究[D]. 曹守臻.哈尔滨工业大学 2017
[4]TiB2及Ni对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金凝固组织与性能的影响[D]. 韩建超.哈尔滨工业大学 2016
[5]包晶TiAl合金非平衡凝固特征及其组织演化[D]. 柳翊.西北工业大学 2016
[6]冷坩埚定向凝固Ti-（43-48）Al-2Cr-2Nb合金组织与力学性能[D]. 王永喆.哈尔滨工业大学 2015
[7]液态金属芯片散热方法的研究[D]. 马坤全.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2008
本文编号：3240591
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