快速凝固TiAl基合金的组织及性能研究

发布时间：2017-07-27 08:11

  本文关键词：快速凝固TiAl基合金的组织及性能研究

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【摘要】：采用快速凝固旋铸法制备了二元合金Ti-44Al、Ti-48Al和高Nb-Ti Al基合金Ti44Al6Nb1.0Cr、Ti44Al6Nb1.0Cr2.0V的合金薄带,研究了传统铸态和不同冷却速率下快速凝固Ti Al基合金合金的相组成、显微组织及力学性能变化,研究了同一冷却速率下Al含量对二元合金显微组织的影响;研究了合金元素Nb、Cr、V对快速凝固合金的显微组织和力学性能的影响机理。主要得到以下研究结果。二元合金Ti-44Al、Ti-48Al在传统铸态和快速凝固下都是由γ相和α2相组成,但快速凝固α2相含量较铸态合金提高。铸态二元合金Ti-44Al、Ti-48Al室温平衡组织主要是片层组织,晶粒尺寸在几百微米之间。快速凝固条件下,随着冷却速率增大,组织逐渐向细小的等轴晶转变。提高冷却速率,晶粒尺寸减小至几十微米左右。快速凝固下组织更均匀。由于细晶强化作用和α2相硬度较大使得快速凝固合金显微硬度比铸态合金的显著提高,其中合金Ti-44Al的显微硬度提高至少100%。传统铸态合金Ti44Al6Nb1.0Cr(2.0V)主要包含γ相和少量的α2相及B2相。快速凝固Ti44Al6Nb1.0Cr(2.0V)合金主要包含γ相和α2相。B2相含量明显减少以致没有检测到。随着冷却速率的增大,晶粒尺寸明显降低。快速凝固显微组织中等轴晶粒内部出现了偏析,但偏析得到一定改善。快速凝固Ti44Al6Nb1.0Cr(2.0V)合金显微硬度较其传统铸态有所提高。对同一冷却速率4.9×105K/s的Ti-44Al合金和Ti-48Al合金的显微组织对比分析:Ti-48Al的晶粒尺寸更小。相同条件下的快速凝固,晶界间的Al富集可能会直接形成γ相,且α→γ相转变时,α相的分解同时也减小了晶粒尺寸。Nb、Cr、V合金元素添加到Ti Al基合金中,一方面高熔点元素使得合金熔点提高,在原来的基础上增大了过冷度,提高形核速率;另一方面,添加扩散率低的Nb、Cr、V合金元素,在凝固过程中阻碍扩散反应的进行,晶粒长大速率缓慢,使得晶粒尺寸减小。细晶强化及固溶强化作用使得快速凝固Ti Al基合金显微硬度提高。
【关键词】：快速凝固 TiAl基合金 冷却速率 显微组织 硬度
【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】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 TiAl基合金的研究现状10-14
• 1.2.1 γ-TiAl的结构及特性10-11
• 1.2.2 TiAl基合金的显微组织与性能11-13
• 1.2.3 γ-TiAl基合金的发展及应用13-14
• 1.3 高Nb-TiAl基合金研究现状14-18
• 1.3.1 高Nb-TiAl合金的相结构15-16
• 1.3.2 高Nb-TiAl合金的组织与性能16-18
• 1.3.3 高Nb-TiAl合金的合金化18
• 1.4 快速凝固TiAl基合金的研究进展18-22
• 1.4.1 快速凝固技术制备TiAl基合金的工艺19-21
• 1.4.2 旋铸法制备TiAl基合金的发展21-22
• 1.5 主要研究内容22-24
• 第2章 材料制备与实验方法24-29
• 2.1 研究路线24
• 2.2 旋铸法TiAl基合金薄带制备24-27
• 2.2.1 选定合金成分24-25
• 2.2.2 母合金制备25-26
• 2.2.3 快速凝固合金薄带的制备26-27
• 2.3 TiAl基合金薄带外观形貌27
• 2.4 快速凝固TiAl基合金薄带的组织分析及力学性能测试27-29
• 2.4.1 组织分析27-28
• 2.4.2 力学性能测试28-29
• 第3章 快速凝固二元TiAl合金的显微组织及力学性能分析29-49
• 3.1 引言29
• 3.2 Ti-44Al合金的显微组织及力学性能29-39
• 3.2.1 传统铸态Ti-44Al的相组成及显微组织29-31
• 3.2.2 牛顿冷却方式估算冷却速率31-33
• 3.2.3 快速凝固Ti-44Al的相组成及显微组织33-38
• 3.2.4 传统铸态和快速凝固的Ti-44Al合金的力学性能38-39
• 3.3 Ti-48Al合金的显微组织及力学性能39-46
• 3.3.1 传统铸态Ti-48Al的相组成及显微组织39-40
• 3.3.2 快速凝固Ti-48Al的相组成及显微组织40-46
• 3.3.3 传统铸态和快速凝固的Ti-48Al合金的力学性能46
• 3.4 Al含量对快速凝固二元Ti-Al合金组织形成的影响46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 快速凝固高铌TiAl基合金的显微组织及力学性能分析49-72
• 4.1 引言49
• 4.2 Ti44Al6Nb1.0Cr合金的显微组织及力学性能49-60
• 4.2.1 传统铸态Ti44Al6Nb1.0Cr的相组成及显微组织49-52
• 4.2.2 快速凝固Ti44Al6Nb1.0Cr合金的相组成及显微组织52-59
• 4.2.3 传统铸态和快速凝固下的Ti44Al6Nb1.0Cr合金的显微硬度59-60
• 4.3 Ti44Al6Nb1.0Cr2.0V合金的显微组织及力学性能60-69
• 4.3.1 传统铸态Ti44Al6Nb1.0Cr2.0V的相组成及显微组织60-62
• 4.3.2 快速凝固Ti44Al6Nb1.0Cr2.0V合金的相组成及显微组织62-68
• 4.3.3 传统铸态和快速凝固下的Ti44Al6Nb1.0Cr2.0V合金的显微硬度68-69
• 4.4 Nb、Cr、V合金元素对快速凝固合金的显微组织影响69-70
• 4.5 本章小结70-72
• 结论72-74
• 参考文献74-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 李向阳;γ－TiAl基合金的加工工艺与显微组织[J];北京航空航天大学学报;1994年02期

2 李宝辉;孔凡涛;陈玉勇;陈子勇;张军伟;;TiAl金属间化合物的合金设计及研究现状[J];航空材料学报;2006年02期

3 郭敏;王寅岗;缪雪飞;;非晶纳米晶软磁合金的研究进展[J];金属热处理;2010年11期

4 唐兆麟,王福会,吴维鈸;Cr对TiAl金属间化合物高温氧化性能的影响[J];金属学报;1997年10期

5 周书和;刘明;孙占红;迟志艳;;金属快速凝固理论及材料制备方法[J];科学之友(B版);2009年05期

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本文编号：580453