B和C共同添加对TiAl基合金组织及性能影响研究

发布时间：2017-08-13 11:10

  本文关键词：B和C共同添加对TiAl基合金组织及性能影响研究

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【摘要】：本文采用水冷铜坩埚真空感应熔炼方法制备Ti-48Al-1.0(B,C)及Ti-48Al-2Cr-2Nb-2.0(B,C)合金。通过SEM、XRD等实验方法对Ti Al合金的显微组织进行分析,利用断裂韧性、室温拉伸、室温压缩、三点抗弯等实验方法对Ti Al合金力学性能进行测试、分析,研究B、C元素共同添加对Ti Al合金组织性能影响。首先将B、C元素分别以B粉和C粉、Ti B2和Ti C、B4C三种不同形式共同添加到Ti-48Al合金中,寻找B、C元素合适的加入方式。实验结果表明,共同加入B、C元素可以显著细化Ti-48Al合金组织,在组织中形成棒状、条带状、块状硼化物以及杆状碳化物;通过断裂韧性、室温拉伸、室温压缩、三点抗弯等试验结果发现,当共同加入的B、C含量相同时,B、C元素以B4C形式加入Ti-48Al合金中可以使合金获得最好的力学性能,当B、C元素以Ti B2和Ti C形式加入合金中时合金力学性能最差;通过SEM观察发现,B、C元素以B4C形式加入Ti-48Al合金中时,组织晶粒尺寸最小,硼化物和碳化物尺寸最细小、分布最均匀,而在另外两组合金组织晶界处都聚集较长的条带状Ti B2,导致合金性能变差。将B、C元素以不同比例共同添加到Ti-48Al-2Cr-2Nb合金中,寻找一种合适的B、C加入比例。实验结果表明,当B、C元素以2:1比例加入到Ti-48Al-2Cr-2Nb合金中时,合金组织中碳化物、硼化物分布均匀,并未在晶界处明显聚集;通过断裂韧性、三点抗弯,室温压缩等实验方法研究发现,当B:C由4:1、2:1变为1:1时,合金力学性能先变好,之后变坏;通过SEM发现,B、C总量一定的情况下,随着B、C比例减小,组织中杆状碳化物尺寸逐渐增大,含量逐渐增加,超过一定含量后引起组织应力集中增加,恶化合金性能。制定了Ti-48Al-2Cr-2Nb-2.0(B,C)热处理工艺,对共同添加B、C元素的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金进行组织性能调控。研究结果发现,合金中同时加入B和C之后,硼化物、碳化物可以有效钉扎晶界,阻止晶粒长大,但(α2+γ)层片变粗。三点抗弯、室温压缩试验发现,B、C元素比例为2:1和1:1时,热处理可以提高合金的强度和韧性。SEM实验结果表明,热处理后合金组织中碳化物和硼化物分布较热处理之前更加均匀。利用Zr O2砂制备熔模精密铸造型壳重熔Ti Al合金研究合金界面性能、铸造稳定性及收缩性。
【关键词】：TiAl合金 真空感应熔炼 硼 碳 热处理 共同添加
【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
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题来源及研究的背景10
• 1.2 TiAl合金的研究现状10-15
• 1.2.1 TiAl合金的发展10-12
• 1.2.2 TiAl合金中的增强相12-13
• 1.2.3 增强TiAl合金制备方法13-15
• 1.3.合金元素对TiAl合金组织性能的影响15-19
• 1.3.1 元素B对TiAl基合金影响16-17
• 1.3.2 元素C对TiAl基合金的影响17-18
• 1.3.3 B、C共同添加对TiAl基合金的影响18-19
• 1.4.增强TiAl合金的强化机理19-21
• 1.4.1 细晶强化20
• 1.4.2 位错强化20
• 1.4.3 第二相强化20-21
• 1.5. TiAl合金熔模精密铸造21-22
• 1.5.1 TiAl熔模精密铸造技术21-22
• 1.5.2 熔模铸造界面反应22
• 1.6 本课题主要研究内容22-24
• 第2章 材料制备及实验方法24-27
• 2.1 感应熔炼制备TiAl基合金24-25
• 2.1.1 试验材料24
• 2.1.2 水冷铜坩埚感应熔炼24-25
• 2.2 TiAl基合金力学性能测试25-26
• 2.2.1 压缩性能测试25
• 2.2.2 三点抗弯性能测试25
• 2.2.3 拉伸性能测试25-26
• 2.2.4 断裂韧性测试26
• 2.3TiAl基合金组织显微组织及物相分析26-27
• 2.3.1 XRD物相分析26
• 2.3.2 TiAl基合金显微组织26-27
• 第3章B、C对Ti-48Al合金组织性能影响研究27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 感应熔炼制备Ti-48Al合金27-28
• 3.3 B、C对Ti-48Al合金显微组织影响28-35
• 3.3.1XRD物相分析28-29
• 3.3.2 B、C对Ti-48Al合金显微组织影响29-35
• 3.4 Ti-48Al合金力学性能测试35-39
• 3.4.1 Ti-48Al合金压缩性能测试35-36
• 3.4.2 Ti-48Al合金三点抗弯性能测试36-37
• 3.4.3 拉伸性能测试37-38
• 3.4.4 断裂韧性测试38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章B、C对Ti-48Al-2Cr-2Nb组织性能影响研究40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 感应熔炼制备Ti-48Al-2Cr-2Nb合金40
• 4.3 B、C对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金组织影响40-44
• 4.3.1 Ti-48Al-2Cr-2Nb-0.4at.%B4C合金显微组织分析41-42
• 4.3.2 Ti-48Al-2Cr-2Nb-0.3325 at.%B4C-0.3375 at.%C显微组织分析42-43
• 4.3.3 Ti-48Al-2Cr-2Nb-0.25 at.%B4C-0.75 at.%C显微组织分析43-44
• 4.4 Ti-48Al-2Cr-2Nb-2.0(B,C)合金力学性能测试44-48
• 4.4.1 压缩性能44-45
• 4.4.2 断裂韧性45-47
• 4.4.3 三点抗弯性能47-48
• 4.5 B、C共加增强相析出机理48-50
• 4.6 本章小结50-52
• 第5章 含B、C元素TiAl合金热处理工艺及铸造性能研究52-70
• 5.1 引言52
• 5.2 含B、C元素TiAl合金热处理52-61
• 5.2.1 热处理工艺制定52-53
• 5.2.2 Ti-48Al-1.0(B,C)合金热处理过程中全片层组织的结构变化53-55
• 5.2.3 热处理对Ti-48Al-2Cr-2Nb-2.0(B,C)合金组织影响55-59
• 5.2.4 热处理对Ti-48Al-2Cr-2Nb-2.0(B,C)合金力学性能影响59-61
• 5.3 含B、C元素TiAl合金铸造性能研究61-69
• 5.3.1 界面性能研究61-66
• 5.3.2TiAl合金收缩性能研究66-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 刘艳梅;修子扬;武高辉;姜龙涛;偠华松;姜国庆;;Ti-Al-C系复合材料的微观组织演变(英文)[J];稀有金属材料与工程;2010年07期

2 曲选辉,黄伯云,雷长明,陈仕奇;TiAl+TiB_2复合材料制备过程及其热稳定性的研究[J];金属学报;1993年05期

3 王家芳 ,王健农,杨杰;TiAl基合金与陶瓷界面反应的研究[J];特种铸造及有色合金;2002年05期

4 孝云祯,马宏声,路贵民,刘劲波;Al-Ti-B晶粒细化合金中的有效形核相[J];中国有色金属学报;1997年03期

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本文编号：666962